В монографии рассмотрены физические основы метода электроэрозионного формообразования поверхностей сферической формы, обусловливающие возможность достижения высоких точностных параметров полусферических оболочек, широко используемых в экспериментальных исследованиях газодинамического термоядерного синтеза и во многих других отраслях промышленности. Приведены результаты экспериментальных исследований, подтверждающие высокую эффективность метода.

Издание предназначено для научных и инженернотехнических раб вательских институтов, молодых специалистов, занимающихся вопросами прецизионной обработки. Монография будет полезна также студентам вузов при освоении дисциплин технологического профиля.

отников предприятий и научно-исследо-

УДК 621.9.048 ББК 34.63

ISBN 978-5-9515-0509-5 © Халдеев В. Н., 2022

ВВЕДЕНИЕ

Современный уровень жизни требует огромного коли-

чества энергии, которая выделяется при сгорании различных видов топлива (дров, каменного угля, нефтепродуктов, газа). Большой вклад в современную энергетику вносят атомные электростанции, принцип работы которых основан на процессе деления ядерных материалов (в основном урана и его соединений). Однако запасы всех видов топлива не безграничны, поэтому лучшие умы человечества заняты поиском такого энергоносителя, которого хватило бы на многие столетия и даже тысячелетия. Наиболее перспективным представляется получение энергии, выделяющейся при синтезе легких элементов, т. е. при синтезе изотопов водорода – дейтерия и трития, поскольку дейтерий можно получать из морской воды (запасы ее неисчерпаемы), а тритий – из природного гелия.

Для осуществления реакции синтеза дейтерия и трития

нужна очень высокая температура (около 100 млн градусов) и очень высокое давление (порядка нескольких тысяч атмосфер). В настоящее время в ряде промышленно развитых стран ведутся исследования по зажиганию управляемой термоядерной реакции.

В РФЯЦ-ВНИИЭФ также ведутся научно-исследова-

тельские работы, направленные на достижение управляемого термоядерного синтеза. Попытки получения управляемой термоядерной реакции осуществляются разными методами: лазерным лучом, магнитным полем, ударной волной. Метод, в котором обжатие рабочего вещества достигается с помощью ударной волны, т. е. так называемый метод газодинамического термоядерного синтеза (ГДТС), является достаточно

перспективным. Сущность ГДТС заключается в том, что обжатие дейтерий-тритиевой смеси осуществляется ударной волной [1]. Одним из основных факторов, отрицательно влияющих на термоядерное воспламенение дейтерий-тритиевого газа, является асимметрия реальных конструкций шарового заряда, возникающая вследствие неточности изготовления тяжелых и легких слоев центральной части. На сходимость ударной волны в центре шарового заряда отрицательно влияют разноплотность и разнотолщинность тяжелых и легких оболочек, а также деформация ампулы с дейтерий-тритиевой смесью.

Наилучшее обжатие рабочего вещества достигается в том

случае, если толщина стенки оболочки мала по сравнению с ее радиусом, поэтому оболочки изготавливаются тонкостенными. Для обеспечения конструктивной прочности тонкостенных оболочек, а также наилучшего обжатия дейтерий-тритиевого газа тяжелые слои изготавливаются из металлов и сплавов, отличающихся повышенной плотностью и, как правило, трудно поддающихся обработке резанием. Все вышеизложенное предопределяет основные требования к сферическим оболочкам для исследований ГДТС: жесткие допуски на диаметральные размеры, малые отклонения от сферичности поверхностей и разнотолщинности стенки. Эти требования наряду с очень низкой обрабатываемостью материала тяжелых слоев вызывают существенные трудности при изготовлении полусферических оболочек (сферическая оболочка состоит из двух полусферических оболочек) традиционными методами.

Применение оригинальной методики изготовления пре-

цизионных полусферических оболочек, представляющей собой сочетание электроэрозионной обработки и кинематики, характерной для методов механической обработки, обеспечило возможность получения из вольфрама полусферических оболочек, обладающих высокой точностью формы и расположения поверхностей, в широком диапазоне размеров.

ГЛАВА 1

Основы теории электроэрозионного формообразования

прецизионных полусферических оболочек

Оболочки сферической формы применяются во многих

изделиях промышленного назначения, а также в процессе исследовательских работ. Трудоемкость изготовления таких оболочек определяется их размерами, в том числе толщиной стенки, точностью формы, взаимным расположением и шероховатостью поверхностей, и физико-механическими свойствами материала, из которого они изготавливаются.

Далее рассматриваются в основном теоретические и экс-

периментальные исследования процесса изготовления тонкостенных прецизионных полусферических оболочек.

1.1. Применение прецизионных полусферических оболочек

Оболочка – это тело, ограниченное двумя криволинейными поверхностями, расстояние между которыми, называемое толщиной, малό по сравнению с другими размерами, т. е. оболочка – это тонкостенная конструкция. Понятие оболочечных построений объединяет разнообразные конструкции, создаваемые как человеком, так и самой природой. Оболочка как геометрическая поверхность в любой точке характеризуется двумя взаимно перпендикулярными радиусами кривизны, которые обозначаются R1 и R2. Очевидно, что для сферы все радиусы равны между собой.

Основными характеристиками оболочки как геометрической фигуры являются радиусы кривизны ее поверхностей и толщина стенки.

Многообразные оболочечные системы живой природы и техники могут быть систематизированы по нескольким признакам. Один из важнейших показателей, характеризующих свойства оболочки, – отношение ее толщины t к радиусу R. В соответствии с этим отношением принято различать тонкие и толстые оболочки. Тонкими (или тонкостенными) оболочками принято считать такие, у которых отношение толщины к радиусу 1:20 и меньше. Подавляющее большинство оболочечных инженерных конструкций тонкостенные.

Среди бесконечного многообразия геометрических форм особо выделяют оболочки вращения – цилиндрические, сферические, конические и т. д., наиболее часто используемые в конструкторских решениях.

Наиболее важным свойством оболочек является их прочность. Оболочка за счет кривизны поверхности приобретает пространственную жесткость, что придает ей большую несущую способность и обеспечивает минимальную массу расходуемого материала.

Тонкостенность оболочки имеет достоинства и недостатки. Достоинство – небольшая масса. Если на оболочку действуют растягивающие напряжения, то прочностные свойства материала оболочки используются полностью. Совсем по-другому проявляется тонкостенность при сжатии. Внешние силы по-прежнему эффективно трансформируются в постоянные по толщине напряжения. Но вся беда в том, что уровень критических напряжений потери устойчивости для такой оболочки невысок и определяется именно ее тонкостенностью: чем тоньше оболочка, тем ниже уровень критических напряжений. Они могут быть во много раз меньше, чем предел прочности материала, – все зависит от отношения толщины оболочки к радиусу кривизны. Эффективность при-

менения тонкостенных оболочек в этом случае может значительно ухудшится [2].

Детали с элементами сферических поверхностей, а также являющиеся чисто сферическими поверхностями, широко применяются в различных отраслях науки и техники. Наибольшее распространение тонкостенные полусферические оболочки (рис. 1.1.) получили в экспериментальных исследованиях ГДТС и зарядной тематике. Однако сферические поверхности сложны в изготовлении. Особое затруднение вызывает изготовление прецизионных тонкостенных полусферических оболочек.

Рис. 1.1. Полусферическая оболочка

1.2. Методы получения выпуклых и вогнутых поверхностей сферической формы

Для получения сферических поверхностей (как выпуклых, так и вогнутых) применяются различные методы формообразования. Наиболее широко распространены методы механической обработки.

Метод копирования применяется при точении фасонными резцами или шлифовании профилированными кругами (рис. 1.2,а,б). Этот метод применим только при изготовлении мелких деталей и не отличается высокой точностью, посколь-

1 / 161 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1.1. Применение прецизионных полусферических оболочек

1.2. Методы получения выпуклых и вогнутых поверхностей сферической формы