The improvement of technology manufacturing units of aerospace industry


如何引用文章

全文:

详细

This paper presents a description of the improvement of the technology of manufacturing parts and assemblies of aerospace production using computer-aided design and process control. Theoretical framework and algorithms for constructing process of manufacturing parts and assemblies to the aerospace industry using different connection methods of heat-resistant materials, such as diffusion bonding, designed on the basis of conducted theoretical and experimental studies, the authors proposed a patented process connection “Connection method superalloy cobalt-based ceramic based on silicon nitride” and tooling “Installation for metal products”, as well as obtaining registration in the database of the Russian Federation “Attributive database to create processes for production of aerospace components manufacturing diffusion bonding” and “Attributive database processing equipment, tools and equipment for machining aerospace parts production ”. During the execution of the works were solved the following problems: the algorithm of the adaptive management process of manufacturing parts and assemblies to the aerospace industry using diffusion welding in real time created: the database of materials used for the manufacture of parts and assemblies of aerospace manufacturing, the database of equipment, accessories and modes of machining parts different sizes and configurations, and the database of equipment, accessories and modes of obtaining permanent link of dissimilar materials by diffusion bonding. Based on the results, and created databases, provides guidance for the manufacture of one-piece ceramic-metal assemblies used in the aerospace industry. As an example, the developed method provides design technology of metal-ceramic assembly - the turbine rotor of the turbopump assembly. The proposed method for computer-aided design and manufacturing process control components and assemblies greatly simplifies the organization of work and reduces the pre-production in the manufacture of high quality components and assemblies of aerospace manufacturing.

全文:

В Сибирском государственном аэрокосмическом университете проводятся работы по автоматизации производственных процессов, включающие в том числе создание унифицированных баз данных для совершенствования технологии изготовления узлов аэрокосмического производства. Теоретические основы и алгоритмы построения технологического процесса изготовления деталей и узлов аэрокосмической отрасли с применением различных способов соединения жаропрочных материалов, например диффузионной сваркой, проектируются на основании предлагаемого авторами запатентованного способа соединения «Способ соединения жаропрочного сплава на кобальтовой основе с керамикой на основе нитрида кремния» [1] и технологической оснастки «Установка для получения металлокерамических изделий» [2]. В патентах реализован способ получения соединения на примере определённого узла - ротора турбины турбонасосного агрегата, состоящего из определённых материалов - жаропрочного сплава на кобальтовой основе и керамики на основе нитрида кремния, содержащий определённые режимы получения металлокерамического узла диффузионной сваркой. Выбор режимов и материалов в условиях производства затруднен, ввиду наличия обилия различных материалов и значительного разнообразия способов их соединения. Задачей исследования является создание алгоритмов выбора режимов и материалов из созданной заранее базы данных как основы создания автоматизированной системы построения оптимальных технологических процессов соединения жаропрочных материалов, включающей как подбор совместимых материалов, так и выбор последовательности операций и режимов их осуществления. Рассмотрим процесс адаптивного управления технологическим процессом в реальном масштабе времени. На рис. 1 представлена блок-схема алгоритма адаптивного управления автоматизированным обору дованием, составленным на основании условий генерации управляющей программы непосредственно в процессе обработки по результатам текущих данных в момент осуществления технологического процесса сварки. В процессе функционирования создаётся база данных, содержащая характеристики оборудования, регулирующие параметры процесса диффузионной сварки. В блоке 1 вводится база данных области возможных вариаций исходных данных, определяющих структуру технологического процесса. В процессе обработки отслеживаются построчным выделением текущие параметры процесса Т, Р, рВ, т (блок 2). Их обработка выявляет четыре параметра, определяющих процесс диффузионной сварки (блок 3): рВ - вакуум; Т - температура сварки; Р - давление при сварке; т - время выдержки. Дальнейшее преобразование безразмерных критериев выявляет массив данных (блок 4), который является основой для постоянного сравнения текущего значения критерия с учетом определенных для заданного процесса и свариваемых материалов значений по зависимостям разработанной технологии. При соответствии производится выбор основных параметров из базы данных области возможных вариантов (вакуума, температуры сварки, давления при сварке, времени выдержки), удовлетворяющих условиям ввода (блок 7), при несоответствии производится проверка условий соответствия массива данным ввода (блок 5). При несоблюдении условий производится операторская корректировка массива данных ввода (блок 6). После выбора основных параметров производится проверка условий последней строки массива (блок 8). При несоответствии производится сравнение значений основных параметров с данными из области возможных вариаций (блок 9), при соответствии проводится проверка условий соответствия массива данным ввода (блок 10). При несоблюдении этого условия производится оперативная корректировка массива данных ввода (блок 6). 115 Вестник СибГАУ. 2014. № 3(55) Рис. 1. Алгоритм адаптивного управления технологическим процессом диффузионной сварки Математика, механика, информатика Таким образом, предусмотрено трехступенчатое управление технологическим оборудованием (блоки 5, 6, 10). Оптимальные значения параметров технологического режима диффузионной сварки достигаются измерением рВ, Т, Р, т последовательно, к изменению следующего параметра переходят лишь при полном исчерпании возможности рационализации процесса предыдущим параметром, выбор параметров адаптивного управления технологическим процессом диффузионной сварки моделируется как численная (аналитическая) модель оперативной задачи [1; 2]. Примером компьютерного проектирования и управления технологическими процессами изготовления деталей является создание технологии изготовления ротора турбины турбонасосного агрегата (рис. 2) [2-5]. Используя созданную базу данных материалов (рис. 3), применяемых в производстве узлов аэрокосмического производства [6], и учитывая тенденции применения новых конструкционных материалов, определяем материал диска ротора - керамика, вала -жаропрочный сплав на никелевой основе. Керамический диск ротора спекаем на специализированном оборудовании. Вал изготавливаем механической обработкой (рис. 4), используя базу данных металлорежущего оборудования [7]. По данной базе, в зависимости от размеров вала, выбираем металлорежущее оборудование, приспособление, режущий и измерительный инструмент, =1=1=1 Детали АКПЧ I К - Материал ▼ Деталь АКП » Категория - 0 1 AI низкотемпературный (до 500 С) реактор Алюминий ЮЖМАШ -режим ц Ш 2 AI оболочки тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) Алюминий ЮЖМАШ -режим д Ш з|аі электромагнитный двигатель (ЭМД) Алюминий 1 ЮЖМАШ -режим д Ш 4 АІ203 электромагнитный двигатель (ЭМД) Алюминия оксид ЮЖМАШ -режим д 0 з| АІ203 электростатический двигатель (ЭСД) Алюминия оксид 1 ЮЖМАШ - режим д 0 6 полисульфон высокотемпературные солнечные энергетические установки (В< Аморфный полимер ЮЖМАШ -режим д 0 7І Ее оболочки тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) Берилий 1 ЮЖМАШ -режим д Ш S Be отражатель Берилий ЮЖМАШ -режим д Ш э| ВеО отражатель Бериллия оксид 1 ЮЖМАШ -режим д 0 10 BN аккумуляторы Бора нитрид АБН ЮЖМАШ -режим д 0 11BN линейный Холловский двигатель Бора нитрид АБН 1 ЮЖМАШ - режим д 0 12 BN стационарный плазменный двигатель (СПД) Бора нитрид АБН ЮЖМАШ -режим д Ш 1^1 ВІЧІ электронагревный двигатель (ЭНД) Бора нитрид АБН 1 ЮЖМАШ -режим д Ш 14 BN электростатический двигатель (ЭСД) Бора нитрид АБН ЮЖМАШ -режим д Ш is|bn электростатический двигатель (ЭСД) Бора нитрид БГП 1 ЮЖМАШ -режим д 0 16 BN аккумуляторы Бора нитрид СБН ЮЖМАШ -режим д 0 17І BN линейный Холловский двигатель Бора нитрид СБН 1 ЮЖМАШ - режим д 0 IS BN плазменно-ионный двигатель (ПИД) Бора нитрид СБН ЮЖМАШ -режим д Ш 19І BN стационарный плазменный двигатель (СПД) Бора нитрид СБН 1 ЮЖМАШ -режим д Ш 20 BN электродуговой двигатель (ЭДД) Бора нитрид СБН ЮЖМАШ -режим д 0 2l| V оболочки тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) Ванадий 1 ЮЖМАШ - режим д 0 22 W высокотемпературные солнечные энергетические установки (В< Вольфрам ЮЖМАШ -режим д 0 23| W оболочки тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) Вольфрам 1 ЮЖМАШ -режим д Ш 24 W электродуговой двигатель (ЭДД) Вольфрам ЮЖМАШ -режим д Ш 25|w электромагнитный двигатель (ЭМД) Вольфрам 1 ЮЖМАШ -режим д Ш 26 W электронагревный двигатель (ЭНД) Вольфрам ЮЖМАШ -режим д 0 27| В Ж172 корпуса деталей ГТД Высокопрочный свариваемый сплав 1 ЮЖМАШ - режим д 0 2S GaAs фотоэлектрические преобразователи (солнечный элемент) (ФЭ1 Галлия арсенйд ЮЖМАШ -режим д Рис. 3. База данных материалов, применяемых для изготовления деталей и узлов аэрокосмического производства с помощью которых изготавливаем вал из жаропрочного сплава на никелевой основе. После изготовления диска и вала проводим исследование базы данных получения неразъёмных соединений из заданных материалов диффузионной сваркой (рис. 5), с помощью которой выбираем сварочное оборудование и технологические режимы (текущие параметры рВ, Т, Р, т) для получения неразъёмного металлокерамического соединения - ротора турбины турбонасосного агрегата, приведенного на рис. 2. \ Рис. 2. Турбина турбонасосного агрегата: 1 - диск ротора, 2 - вал 117 Вестник СибГАУ. 2014. № 3(55) Все таблицы © « Поиск.. 1* Оборудованые Ä !~В Оборудование: таблица Режущий инструмент îf П ри способ/i eure îf |~Измерительный инструмент îf Switchboard Items л Э Switchboard Items: таблица F§1 Кнопочная форма Оборудован ие\' ~[ |технологич ▼ j Название станка ^ | Модель ^ | Наибольшая длина обр ^ | Наибольший диаметр і ^ | Макси Точить Станоктокарный патронно-це 16А20 900 320 ! s One » Названі » 010 Резец токарный 015 Резец токарный тип » вид обработки » ГОСТ ^ Обозь проходной упорный оснащенный для обтачивания нежестких в 18879 - 73 2101-С проходной упорный оснащенный для обтачивания нежестких в 18879 - 73 2101-С Название ^ Штангенциркуль ШЦ-1 Ж 025 Резец токарный 030 Резец токарный 040 Резец токарный ГОСТ ^ Вид ^ Щелкните 166-S9: Word 97-2003 проходной отогнутый с пластинка для обтачивания, подрезания проходной отогнутый с пластинка для обтачивания, подрезания проходной упорный оснащенный для обтачивания нежёстких в 18877 - 73 18877- 73 18879-73 Название * Штангенциркуль ШЦ-1 Ж 045 Резец токарный 060 Резец токарный ГОСТ » Вид » Щелкните 166-89 : Word 97-2003 проходной упорный оснащенный для обтачивания нежёстких в проходной упорный оснащенный Для обтачивания нежёстких е 1SS79-73 18879-73 2102-С 2102-С 2101-С 2101-С 2101-С Рис. 4. База данных металлорежущего оборудования, режущего и измерительного инструмента, применяемого для изготовления деталей аэрокосмического производства Режи м ы сварки ▼ I Категория 91 Иттрий-годолиниевый феррит 92 Карбид бора 93 Карбид вольфрама и кобальта твердый 94 Карбид вольфрама и кобальта твердый 95 Карбид вольфрама и кобальта твердый 96 Карбид вольфрама и кобальта твердый 97 Карбид вольфрама и кобальта твердый 98 Карбид вольфрама и кобальта твердый 99 Карбид вольфрама и кобальта твердый Ш Карбид вольфрама и кобальта твердый Ш Карбид вольфрама и кобальта твердый Ш Карбид вольфрама и кобальта твердый Ш Карбид вольфрама и кобальта твердый Ш Керамика алюмооксидная Ш Керамика вакуумплотная Ш Керамика вакуумплотная Ш Керамика вакуумплотная Ш Керамика вакуумплотная Ш Керамика вакуумплотная Ш Керамика вакуумплотная Ш Керамика вакуумплотная Ш Керамика вакуумплотная Ш Керамика вакуумплотная Ш Керамика вакуумплотная Ш Керамика вакуумплотная Ш Керамика вакуумплотная Ш Керамика вакуумплотная Ш Керамика вакуумплотная Ш Керамика карбид кремния сплав сплав сплав сплав сплав сплав сплав сплав сплав сплав сплав Материал ▼ 1 Материал2 ▼ Прою ▼ Толи » |темпе ▼ Вреп Свар Ваку 40Сг-4 40СГ-4 Си 950 20 20 С В4С В4С 2150 45 8 BK У45 ПЖ2 1150 5 10 BK ys ПЖ2 1150 5 10 BK15 В К15 1200 20 15,7 BK20 18Х2Н4ВА Ni 950 10 9,8 BK20 18Х2Н4ВА пермил 1050 10 9,8 BK20 5ХГСВ 50Н 200 ИЗО 12 5 BK20 BK2Ü 1200 20 12,7 BK20 Ст45 Си 1050 10 9,8 BK20M 5ХНМ 5ХНМ 1150 20 9 С BK6 ВК6 Ni 1150 20 17,6 BK8 ВК8 Ni 1150 20 15,7 ГМ ТІ 1200 5 13,7 В К100-2 Ра 1300 20 18 С ВК100-2 ВК100-2 AI 640 40 15 В К100-2 Нихром 1300 20 18 с ВК100-2 СтЗ 1300 20 18 с В К102 Х18Н10Т 1200 20 18 с ВК94-1 ВК94-1 Си 1030 120 20 ВК94-1 ВК94-1 М-1 950 40 10 с ВК94-1 ВК94-1 АД1 620 30 10 о. ВК94-1 ВК94-1 АМгб 590 20 10 о. ВК94-1 ВК94-1 29НК 1050 20 10 с ВК94-1 Ковар 1200 20 18 с ВК94-1 Х18Н10Т 1200 20 18 с 22ХС Си 1000 15 19,6 22ХС Ті 1000 10 11,7 SiC Mo Ni 800 10 39,2 Тип установки » Способ нагрева МДС ОАО ПДЗНВАПР г. Дивно индукционный Усилие сжатия, кН ▼ 13 Размеры рабочей ▼ Щелкните ▼ 100x10x10 Рис. 5. База данных режимов технологических процессов и оборудования изготовления неразъёмных соединений диффузионной сваркой Предлагаемый способ компьютерного проектирования и управления технологическими процессами изготовления деталей значительно упрощает организационные работы и сокращает время подготовки производства при изготовлении деталей и узлов аэрокосмического производства.
×

作者简介

Sergei Ponomarev

Siberian State Aerospace University named after academician M.F. Reshetnev

Email: Serg_ponom@mail.ru
senior teacher of Mechanical Engineering Department

Sergei Eresko

Siberian State Aerospace University named after academician M.F. Reshetnev

Email: okm@sibsau.ru
Doctor of Engineering Science, Professor, Honored Inventor of RF, Professor of Fundamentals of machine design Department

Tatiana Eresko

Siberian State Aerospace University named after academician M.F. Reshetnev

Email: okm@sibsau.ru
Doctor of Engineering Science, associate professor, Head of Fundamentals of machine design Department

参考

  1. Пат. № 2433026 Российская Федерация, МПК В23В20/00. Способ соединения жаропрочного сплава на кобальтовой основе с керамикой на основе нитрида кремния / Пономарев С.И., Прокопьев С.В., Ереско С.П., Ереско Т.Т.; заявитель и патентообладатель Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Зарегистрирован 10.11.2011.
  2. Пат. № 93722 Российская Федерация, МПК В23К20/26. Установка для получения металлокерамических изделий / Пономарев С.И., Ереско С.П., Ереско Т.Т.; заявитель и патентообладатель Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Зарегистрирован 10.05.2010.
  3. Пономарев С.И., Ереско С.П. Получение газовых турбин диффузионной сваркой // XXXVII Академические чтения по космонавтике: материалы Российской академии наук. Секция 19 «Производство ракетно-космической техники». М.: РАН, 2013. С. 29-30.
  4. Пономарев С.И., Ереско С.П., Ереско Т.Т. Методология экспериментальных исследований получения неразъемных металлокерамических узлов диффузионной сваркой // Механики XXI века: материалы XII Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием: сб. докладов. Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2013. С. 153-154.
  5. Пономарев С.И., Ереско С.П. Построение модели технологического процесса диффузионной сварки // Решетневские чтения: материалы XV Междунар. науч. конф. СибГАУ. Красноярск, 2011. Ч. 1 С. 247.
  6. Атрибутивная база данных для создания технологических процессов получения деталей аэрокосмического производства диффузионной сваркой: свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2013621572 Российской Федерации / С.И. Пономарёв, С.П. Ереско, Т.Т. Ереско; заявитель и правообладатель Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. № 2013621404; заявл. 31.10.13; дата гос. регистрации в Реестре баз данных 19.12.13.
  7. Атрибутивная база данных технологического оборудования, инструмента и приспособлений для механической обработки деталей аэрокосмического производства: свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2014620691 Российской Федерации / С.И. Пономарёв, Л.В. Ручкин, Н.Л. Ручкина; правообладатель Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т (RU). № 2014620376. Дата поступления 31.03.14; дата гос. регистрации в Реестре баз данных 15.05.14.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

版权所有 © Ponomarev S.I., Eresko S.P., Eresko T.T., 2014

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名 4.0国际许可协议的许可
##common.cookie##