автореферат диссертации по истории, специальность ВАК РФ 07.00.10
диссертация на тему: Развитие технологии производства планера крылатых ракет надводных кораблей

Полный текст автореферата диссертации по теме "Развитие технологии производства планера крылатых ракет надводных кораблей"

На правах рукописи

Для служебного пользования

Экз. № 2.

Огнев Юрий Федорович

РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПЛАНЕРА КРЫЛАТЫХ РАКЕТ НАДВОДНЫХ КОРАБЛЕЙ

Специальность 07.00.10 - История науки и техники

(технические науки)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Владивосток - 2000 г.

Работа выполнена в Дальневосточном государственном техническом университете.

Научный консультант — заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор Г.П. Турмов.

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор Ю.Г. Кабалдин;

доктор исторических наук, профессор А.П. Деревянко;

доктор технических наук, профессор A.A. Карпачев.

Ведущая организация: Арсеньевская авиационная компания «Прогресс» им. Н.И. Сазыкина.

Защита состоится 24 ноября 2000 г. в 10 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 064.01.03 при Дальневосточном государственном техническом университете (690950, г. Владивосток, ГСП, ул. Пушкинская, 10, ДВГТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Дальневосточного государственного технического университета.

Автореферат разослан 24 октября 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор

Ю.Н. Павлюченко

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Основным видом вооружения современных надводных кораблей являются крылатые ракеты (КР). Они имеют большую дальность и скорость полета, дают возможность кораблю занять удобную для атаки позицию, могут совершать различные маневры при полете и способны нести ядерный заряд. К достоинствам КР следует отнести высокую точность попадания в цель, малую отражающую поверхность, быструю подготовку к пуску при сравнительно простом пусковом оборудовании. Особенно эффективно КР могут быть использованы против авианосцев. Как показали последние события в Югославии, КР могут эффективно применяться для высокоточного поражения береговых целей и наземных объектов.

С позиции системного подхода современные КР представляют собой сложную техническую систему, содержащую ряд подсистем: планер, двигатель, систему управления, систему наведения и боевую часть. Планер КР объединяет все подсистемы, формирует ее облик, определяет ее прочностные, аэродинамические, маневренные качества и радиозаметность в полете. Именно планер КР рассматривается в настоящей работе как наиболее ответственная подсистема.

Производство современных КР характеризуется применением высокопрочных конструкционных сталей и титановых сплавов, что существенно затрудняет получение заданных показателей качества и технических требований к деталям планера. Совершенствование конструкции планера КР во многом сдерживается уровнем развития технологии производства. В силу специфики конструкции планера КР, технология его производства в корне отличается от постройки таких изделий, как баллистические ракеты, подводные лодки и даже самолеты. Одной из особенностей производства планера КР является стремление к интеграции деталей в монолитные отсеки, при которой резко сокращается количество деталей и ухудшается технологичность конструкции. В таких случаях обработка монолитных интегральных конструкций, имеющих низкую жесткость при высокой прочности, сопряжена с большой вероятностью получения дефектной продукции из-за отказов в ходе выполнения технологических процессов. Надежность таких технологических процессов оказывается недопустимо низкой. Под надежностью технологического процесса при этом понимается его способность обеспечивать заданные технические требования к деталям в течение установленного времени обработки.

В процессе развития планера КР предъявляются все более жесткие требования к технологии производства, все труднее становится обеспечивать заданную надежность технологических процессов и качество продукции. Ограничение рассматриваемых вариантов конструкторских решений технологическими возможностями наблюдалось на всем протяжении развития планера, начиная от

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ 3

БИБЛИОТЕКА_

первых конструкций К.И. Константинова1, созданных в XIX веке, до современных сверхзвуковых КР.

Развитие конструкции планера КР постоянно вызывало к жизни новые технологические процессы, которые, в свою очередь, открывали перед разработчиками КР более широкие возможности при проектировании перспективных конструкций. Существенным недостатком при этом является отсутствие достоверных знаний о закономерностях развития конструкции и технологии производства планера и их взаимосвязи. Как известно, в технике, как и в природе, действуют объективные законы строения и развития, основные из которых сформулированы проф. А.И. Половинкиным2. Однако в литературе отсутствует информация о закономерностях развития конструкции и технологии производства планера КР, что не позволяет прогнозировать развитие научно-технического прогресса в этой области.

Таким образом, объективно существует актуальная проблема, имеющая большое научное и практическое значение в области вооружения кораблей и заключающаяся в необходимости определения научно обоснованных путей развития технологии производства планера КР. Такие знания могут быть получены на основании исторических исследований развития конструкции и технологии производства планера КР. Результаты исторических исследований могут быть использованы при разработке научно обоснованных технических и технологических решений в одной из актуальных проблем флота.

Данная работа выполнялась на основании комплексной целевой научно-технической программы, утвержденной приказом Министра авиационной промышленности № 383 от 11.11.1984 г., и в соответствии с планами научной работы ДВГТУ и Иркутского филиала НИАТ.

Историография. Первые попытки использования ракет на кораблях относятся к 1856 г., когда по записке К.И. Константинова боевые ракеты были введены Морским Министерством в российском военно-морском флоте. В 1865 г. в морской технический комитет поступило предложение А.И. Калинникова об испытании ракет с крыльями. Первые боевые ракеты XIX века, в том числе и корабельные с крыльями, не могли соперничать с артиллерией из-за несовершенства конструкции и недостаточного уровня развития технологии их изготовления.

В конце XIX и начале XX вв., благодаря работам выдающихся ученых Н.И. Кибальчича, К.Э. Циолковского, Н.Е. Жуковского, И.В. Мещерякова,

Сокольский В.Н. Из истории пороховых ракет / История машиностроения. - М.: АН СССР. 1962. -С.48-106

2 Половинкии А.И. Законы строения и развития техники: Учеб. пособие. - Волгоград: Волг. ПИ. 1985.-202 с.

Д.А. Цандера, Н.И. Тихомирова, Ю.В. Кондратюка, Г.В. Терновского, Б.С. Петропавловского, С.П. Королева, Р. Эсно-Пельтри, Р. Годдарда, Г. Оберта, Е. Зен-гера, В. Хомана и других специалистов, была создана научная база, позволившая создать КР современного типа.

В годы I мировой войны немецкое военное министерство рассматривало проект Г. Оберта о создании снаряда большой дальности (ракеты). В 1918 г. офицер германской авиации Р. Небель запустил с истребителя две ракеты собственной конструкции. В это же время французский инженер В. Лоран предложил создать беспилотный самолет-снаряд с гироскопом, управляемый по радио от сопровождающего самолета .

В СССР первые пороховые ракеты были созданы в 1928 г. под руководством Н.И. Тихомирова, который еще в 1912 г. представил в Морское министерство описание ракеты-снаряда. В 1933 г. под руководством С.П. Королева, Ф.А. Цандера и М.К. Тихонравова были разработаны жидкосгно-топливные ракеты. В 1938 г. под руководством С.П. Королева в Реактивном научно-исследовательском институте (РНИИ) были созданы экспериментальные КР моделей 201,212,216,217.

Первенство в создании управляемых КР принадлежит германским специалистам, получившим в 1933 году ракету А-1 на жидком топливе. В последующие годы в ракетном центре Пенемюнде было создано около 130 типов управляемых на расстоянии самолетов-снарядов, в которых применялись почти все известные в настоящее время системы управления . Среди этих конструкций следует отметить известные КР типа ФАУ-1, ФАУ-2, а также корабельную КР НБ-293, которая явилась одной из первых управляемых ракет.

Первенство в создании боевых неуправляемых ракет принадлежит отечественным ученым и специалистам. Так, в 1939 г. пороховые ракетные снаряды РС-82 конструкции С.П. Королева были применены на Халхин-Голе. В 1934 -1940 гг. инженерами РНИИ И.И. Гваем, В.Н. Галковским, А.П. Павленко был создан бесствольный многозарядный миномет для снарядов РС-432, послуживший прототипом гвардейской минометной установки БМ-13-46 («Катюша»), После этого снаряды РС-82 применялись на катерах Черноморского флота, где была создана специальная установка РПУ-63.

После окончания И мировой войны в СССР и США начались работы по совершенствованию ракетного оружия на базе немецких управляемых снаря-

1 Орлов Л.С. «Чудо оружие»', обманутые надежды фюрера. - Смоленск: Русич. 1949. -

416с.

" Петров В.П.. Сочивко Л.Л. Управление ракетами. - М.: Воешпдат. 1963. - 263 с.

3 Первицкнй Ю.Д. Первые ракетпо-пусковые установки па катерах Черноморского флота // Судостроение. - 1996. 7. - С. 49-51.

дов. Благодаря Постановлению Совета Министров СССР № 1017-419сс, npi нятому в мае 1946 г.1, были развернуты работы по созданию ракетной техник: к которым подключились все оборонные отрасли промышленности, и создав; лись соответствующие НИИ и КБ. В США и других странах гораздо позже оц( нили эффективность КР, поэтому в Советском Союзе раньше были начаты ш тенсивные научные исследования и разработка корабельных КР как основног средства борьбы с авианосным флотом. Это привело к созданию в СССР лу< ших в мире конструкций корабельных КР. На Совете Обороны в 1969 г. Гла1 нокомандуюший ВМФ С.Г. Горшков оценил создание противокорабельных К как наше национальное достижение". У истоков создания первых корабельны КР стояли конструкторские бюро под руководством таких выдающихся специаш стов, как В.Н. Челомей, М.В. Орлов, А.Я. Березняк, И.С. Селезнев и други: Количество публикаций, посвященных проблемам развития КР, крайне ограш чено. Так, в работах А.В. Карпенко3, А. Широкорада4, A.M. Петрова5 и др} гих приведены отдельные сведения об отечественных корабельных КР. В р; ботах В.Н. Бурова, Г.Ю. Илларионова, В.П. Кузина, А.Б. Морина, В.И. Никол! ского, Г.П. Турмова, Е.И. Юхнина и других ученых рассматриваются вопрос истории флота и отечественного кораблестроения, вооружения кораблей и ра: мещения на них КР. Однако вопросы производства КР в этих работах не затр; гиваются. Исследованиями Р. Радомирова, Б. Семенова, С. Кочубея, Б. Р< дионова, Н. Новикова и других авторов установлено, что за рубежом кор. бельные КР разрабатывались, в основном, в Германии, США, Франции, Ит< лии, Израиле и Норвегии.

Значительная роль в разработке технологических процессов произво; ства авиационной техники принадлежит Научно-исследовательскому инеп туту авиационных технологий (НИАТ). Под руководством С.М.Лещенко

1 Петров A.M., Курлянец В.М. Научные проблемы создания высокоточного оруж1 флота, www.navy.ru. 2000. - 12 с.

" Ефремов Г.Е. Крылатые ракеты - национальное оружие России, www.nuw.iu. 200

-7 с.

3 Карпенко A.B. Российское ракетное оружие 1943 - 1993.-СПб.: ПИКА. 1993. - 180 t

4ШирокорадА. Ракеты над морем//Техника и оружие. - №2,- 1996-С.1-48.

5 Оружие Российского флота / A.M. Петров. Д.А. Асеев. Е.М. Васильев и др.: Hay ред. В.Д. Доценко. Б.И. Родионов. - СПб.: Судостроение. 1996.

ь Технология авиационного производства: Со. науч. тр. / Под ред. С..М. Лешенко. М.: НИАТ, 1973.-336 с. (ДСП).

Т.Н. Белянина1 и О.С. Сироткина2 выполнен большой цикл исследователь-жих работ. В них рассматриваются различные аспекты производства деталей тетательных аппаратов, в том числе и механической обработки в условиях штоматизированного производства.

Развитие технологии производства КР тесно связано со становлением и развитием такой науки, как технология машиностроения. Благодаря трудам 1.С. Балакшина3, B.C. Корсакова4, А.П. Соколовского3 и других ученых были ¡формулированы научные основы технологии машиностроения. Дальнейшими ^следованиями И.М. Колесова, В.И. Комиссарова, С.Н. Корчака, Ю.М. Соло-ленцева, В.Г. Старостина, Д.В. Чарнко, А.Б. Яхина и других ученых были раз-)аботаны различные методы проектирования и обеспечения точности обработки 1еталей. Однако эти методы проектирования не учитывают вероятности получе-шя некачественной продукции при изготовлении деталей планера КР.

Сложность конструкции и низкая жесткость деталей планера КР в сочета-ши с плохой обрабатываемостью резанием способствуют возникновению ин--енсивных вибраций автоколебательного характера при механической обработ-;е. Вибрации и сложность обеспечения заданных показателей качества и точно-:ти приводят к низкой надежности технологических процессов механической ¡бработки корпусных деталей КР. Исследованиями вибраций автоколебатель-юго характера при резании металлов занимались многие ученые.

Трудами В.А. Кудинова6, И.Г. Жаркова7, Н.И. Ташлицкого8, Ю.Г. Кабал-цша9 и других ученых установлены основные закономерности возникновения

1 Технология авиационного производства: Сб. науч. тр. / Под ред. П.Н. Белянина. -А:. НИАТ, 1983. - 208 с. (ДСП).

" Сироткин О.С., Мусияченко Л.П. Тенденции развития технологии машиностроения. ■ М.: НИАТ. 1989.- 588 с. (ДСП)

3 Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. - М: Машиностроение. 1969. -

59 с.

4 Корсаков B.C. Основы технологии машиностроения. - М.: Высшая школа. 1971. -

36 с.

Соколовский А.П. Научные основы технологии машиностроения. - M.-JI.: Машгиз. 995.- 515с.

6 Кудинов В.Л. Динамика станка. - М: Машиностроение. 1967. - 360 с.

7 Жарков И.Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом. - Л.: Машнно-троение. Ленингр. отд-ние. 1986. - 184 с.

* Ташлицкий Н.И. Первичный источник возбуждения автоколебаний при резании ме-аллов // Вестник машиностроения. - 1960. - № 2. - С.45-53.

' Кабалдин Ю.Г.. Шиилев A.M. Повышение надежности процессов механической об-аботки в автоматизированном производстве. - Владивосток: Дальпаука. 1996. - 264 с.

автоколебаний при механической обработке. Однако до сих пор нет единого мнения о природе возбуждения автоколебаний при резании, что существенно затрудняет обеспечение заданных показателей качества нежестких корпусных деталей КР при механической обработке. Соискателем показано, что надежность процессов механической обработки в большой степени зависит от возбуждения вибраций автоколебательного характера. Влияние вибраций на качество обработки тонкостенных цилиндрических деталей исследовалось в работе А. Нуржанова'. Им установлено, что одной из основных причин, приводящих к нарушению заданных требований к качеству поверхности детали, является возникновение вибраций. Автоколебания являются одной из основных причин возникновения отказов технологических процессов при обработке корпусных деталей КР.

Проблема надежности технологии впервые была обозначена проф. В.И. Комиссаровым" в 1971 г. Вопросами назначения и обеспечения заданных показателей надежности технологических процессов занималась кафедра технологии машиностроения ДВГТУ (ДВПИ) и филиал ДВГТУ - Арсеньевский технологический институт3, а также другие исследователи. Однако эти исследования находятся в стадии становления и затрагивают вопросы обеспечения надежности технологических процессов, в основном, мелких и простых деталей. Вопросы проектирования надежных технологических процессов обработки корпусных деталей КР мало изучены. Остаются совершенно неизученными вопросы обеспечения надежности технологических процессов в условиях гибкого автоматизированного производства деталей планера КР.

Вопросы технологии изготовления деталей летательных аппаратов рассматриваются многими исследователями для различных видов производства, однако эта информация разобщена и не систематизирована применительно к производству КР за период возникновения и развития конструкций с 1935 г. по 2000 г.

Такое положение затрудняет прогнозирование путей развития конструкции и технологии производства планера КР, как основной ее подсистемы.

Таким образом, развитие конструкции планера КР в большой степени зависит от уровня технологии производства.

Нуржанов А. Теоретические основы н принципы технологического обеспечения качества тонкостенных цилиндрических деталей: Автореф. дис. д-ра. техн. наук,- Тула. 1991. -40 с.

" Комиссаров В.П. Инженерная надежность в технологическом проектировании // Исследования по проектированию и осуществлению оптимальной технологии механической обработки: Сб. статей. -Владивосток: ДВПИ. 1971. - С.5-17.

3 Надежность и эффективность процессов машиностроительного производства : Сб. науч. трудов, посвящ. юбилею ДВГТУ и ЛрТИ. Вып. 1 / Под ред. В.Г. Старостина. - Владивосток: Изд-по ДВГТУ. 1999. - 148 с.

Я

Целью настоящей работы является установление на основании исторического анализа основных закономерностей развития конструкции планера КР и технологии его производства.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие за-, дачи:

• провести историческое исследование развития конструкций отечественных и зарубежных КР за период с 1935 по 2000 гг.;

• изучить развитие материальной базы и технологии производства планера КР;

• разработать теорию надежности технологических процессов обработки деталей планера КР;

• провести историческое исследование развития теории возбуждения автоколебаний при механической обработке высокопрочных конструкционных материалов и предложить эффективный метод их гашения;

• внедрить результаты исторических исследований в реальное производство КР.

Объектом исследования в данной работе является крылатая корабельная ракета. Предмет исследования - процесс развития технологии производства планера КР. Методы исследования

В работе используется комплекс методов исследования, включающий в себя: исторический анализ библиографических сведений об объекте исследования, методы сопоставления и выявления этапов развития, теоретический анализ достижений технологии производства планера КР, вероятностно-статистические методы математического аппарата теории надежности, расчет-но-аналитический метод изучения показателя качества технологического процесса, методы анализа гипотез о физической сущности автоколебаний при обработке резанием высокопрочных конструкционных материалов, аналитический метод расчета параметров знакопеременного процесса резания и металлорежущего, инструмента, методы анализа и синтеза гипотез о закономерностях развитая планера КР и технологии его производства.

Научная новнзна диссертационной работы представлена следующими, выносимыми на защиту результатами:

• научным обоснованием и систематизацией исторических сведений о развитии конструкции КР и технологии производства планера;

• выявленными основными историческими, этапами развития технологии производства планера КР;

• выявленными историческими закономерностями развития крылатых ракет, их планера и технологии производства планера КР;

• разработанной теорией надежности технологии производства планера КР;

• предложенными методами статистического и вероятностного расчета о новных показателей надежности технологии производства планера КР;

• разработанным методом знакопеременного резания труднообрабатыва мых конструкционных материалов планера КР;

• полученной методикой автоматизированного сбора и анализа информ ции о дефектах;

• разработанной системой обеспечения технологической надежности гибко: производственного комплекса обработки деталей планера КР;

• разработанными методическими рекомендациями по оценке и назначени показателей надежности гибкого производственного комплекса и определен! причин возникновения дефектов в механообрабатывающем производстве.

Достоверность положений и выводов диссертации подтверждается сра нением с литературными данными и результатами, а также примерами практ ческого использования и внедрения в реальное производство КР типа «Моски-и «Термит» результатов выполненных исследований.

Практическая ценность работы заключается в том, что на основаш исследований развития технологии предложены для практики: методы прое тирования технологических процессов с учетом их надежности, рабочая док ментация по автоматизированному сбору и анализу информации о дефект; при производстве деталей планера КР, методика расчета фрез со знакопер менными направлениями режущих зубьев, методические материалы по обе печению технологической надежности гибких производственных комплекс« механической обработки деталей планера КР, рекомендации по определени причин возникновения дефектов в механообрабатывающем производстве д талей планера КР.

В результате изучения более 1000 изобретений за период 1960 - 1990 г отобраны для использования в практике изготовления планера КР техническ: решения по следующим темам: способы гашения вибраций при механическ* обработке высокопрочных материалов; конструкции устройств и демпфере поглощающих колебания; конструкции и технология изготовления вибр устойчивых инструментов; технология изготовления и упрочнения металл режущего инструмента для обработки высокопрочных материалов. На основ нии исторических исследований в области технологии производства детал планера КР получено 9 авторских свидетельств. Одно из изобретений - «Ко цевая фреза» (а.с. № 625848) - экспонировалось на ВДНХ СССР и было ото чено серебряной и бронзовой медалями. При разработке перспективных ко структорских и технологических решений могут использоваться установле ные в работе исторические закономерности строения и развития планера КГ технологии его изготовления.

Внедрение

Результаты работы внедрены в производство в Арсеньевской авиационной компании «Прогресс» им. Н.И. Сазыкина при изготовлении деталей и сборке планера КР типа «Термит» и «Москит».

К наиболее существенным, внедренным под руководством и при непосредственном участии автора разработкам могут быть отнесены: методы и средства предохранения лезвий режущего инструмента от выкрашиваний (1977 г.), доводка инструмента из быстрорежущих сталей кругами из эльбора (1980 г.), технология сварки трением инструмента из быстрорежущих сталей (1981 г.), концевые фрезы повышенной производительности по а.с. № 625848 (1982 г.), технологические материалы по проектированию переходов механической обработки с учетом надежности (1982 г.), директивные технологические материалы по постановке на производство изделия ЗМ-80 (1983 г.), твердосмазочное покрытие инструмента (1983 г.), технологический процесс газотермической штамповки в режиме ползучести (1984 г.), технологический процесс электроэрозионной прошивки фасонных отверстий в деталях из нержавеющих сталей изд. ЗД-81 (1984 г.), мероприятия по постановке на серийное производство изд. ЗМ-80 (1984 г.), автоматизированная подготовка управляющих программ к станкам с ЧПУ с использованием ЭВМ (1984 г.), групповое управление станками с ЧПУ от ЭВМ (1984 г.), технология наплавки инструмента быстрорежущей сталью в среде аргона (1984 г.), участок обработки инструмента жидким азотом (1984 г.), изготовление инструмента методами порошковой металлургии (1984 г.), электрохимическая обработка (1985 г.), технологический процесс изготовления листовых деталей из титановых сплавов с радиационным нагревом (1985 г.), технология изготовления методом порошковой металлургии электродов - инструментов для электроимпульсной обработки (1985 г.), применение оптических квантовых генераторов при производстве планера КР (1986 г.), технология электроэрозионного упрочнения металлорежущего инструмента (1986 г.), технологические процессы обработки корпусных деталей планера КР на ГПК с обеспечением надежности (1987 г.), технология ионно-вакуумного упрочнения инструмента на установке ННВ 6,6/И1, программное обеспечение системы управления оборудованием ГПК обработки корпусных деталей размером 800x800x1000 мм (1988 г.), технология изготовления режущего инструмента из порошковых быстрорежущих сталей (1989 г.), технологическая часть технического проекта на ГПК-2 (1991 г.).

Результаты исторических исследований используются в учебном процессе кафедры технологии машиностроения ДВГТУ и Арсеньевского технологического института (филиала) ДВГТУ при преподавании дисциплин: «История машиностроения», «История и тенденции развития автоматизированного машиностроения», «Социально-экномическая роль и структура машиностроения»,

«История отрасли и специальности», «Машиностроительная промышленность Дальнего Востока». Результаты исследований, касающиеся обработки титановых и других труднообрабатываемых материалов, используются в дисциплинах: «Специальные технологические процессы», «Резание металлов», «Режущий инструмент». Исследования в области технологической надежности вошли отдельным разделом в дисциплину «Основы технологии машиностроения» и послужили основой специальной дисциплины «Надежность машин и технологических процессов». Кроме того, результаты исторических исследований используются в учебном процессе Тихоокеанского высшего военно-морского института им. С.О. Макарова. Акты внедрения приведены в приложении к работе. Суммарный экономический эффект в ценах 1977 — 1990 гг. составил более 3-х млн рублей.

Апробация

Диссертационная работа в целом и ее отдельные положения докладывались и обсуждались: на научно-технических конференциях ДВГТУ (ДВПИ) в 1976 -

1999 гг.; на отраслевых научно-технических конференциях в Москве (1984 г.), Иркутске (1986 г.), Арсеньеве (1989 г.); на научно-техническом совете Иркутского филиала НИАТ в 1975 - 1991 гг.; на 3-й и 4-й Дальневосточных научно-технических конференциях «САПР и надежность автоматизированного производства в машиностроении», г. Владивосток, 1986, 1990 гг.; на Всесоюзной научно-технической конференции «Качество продукции в машиностроении», г. Москва, 1989 г.; на региональной научно-практической конференции «Инструментальное обеспечение автоматизированных систем механообработки», г. Иркутск, 1990 г.; на региональной научно-технической конференции «Надежность технологических процессов в машиностроении», г. Арсеньев, 1996 г.; на международной конференции стран АТР, г. Владивосток, 1997 г.; на региональной научно-технической конференции, г. Владивосток, 1998 г.; на заседаниях и семинарах по истории развития науки и техники по проблемам флота НТО СП и ГО ДВГТУ в 1997 - 2000 гг.; на заседаниях Ученого Совета АрТИ (филиала) ДВГТУ в 1996 -

2000 гг.; на международной конференции «Синергетика. Самоорганизующиеся процессы в системах и технологиях», г. Комсомольск-на-Амуре, 2000 г.

Публикации

По теме диссертации выполнено 88 работ, в том числе 1 монография и 9 полученных авторских свидетельств на устройства и способы совершенствования технологических процессов производства КР.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и приложений, оформленных отдельно; содержит 314 страниц текста, список литературы из 533 наименований. Таблиц 20, рисунков 51. Объем приложений - 334 страницы.

Содержание и структура работы

Во введении обоснована актуальность проблемы, рассмотрены история создания и основные направления развития конструкции и технологии производства планера КР, сформулирована цель исследований, определен объект и предмет исследования. Описаны методы исследования и структура работы.

В первой главе приводится исторический очерк развития КР надводных кораблей. Рассмотрена предыстория оснащения кораблей крылатыми ракетами. Приведены данные о боевых ракетах XIX века, созданных русскими инженерами. Показано, что первые КР в XX веке создавались по аналогии с самолетами и по авиационным технологиям. Дальнейшая эволюция КР привела к созданию самостоятельного класса летательных аппаратов, производство которых основано также на авиационных технологиях. Приводятся тактико-технические данные отечественных и зарубежных КР (табл. 1 и 2). Описывается боевое применение КР, подтверждающее высокую эффективность этого вида оружия (табл. 3).

Первенство в создании боевых управляемых ракет принадлежит Германии, освоившей в годы II мировой войны более 130 типов КР. Первенство в создании неуправляемых ракет XX века, в том числе и корабельных, принадлежит СССР. Установлено, что первые КР надводных кораблей были созданы в СССР в противовес авианосному флоту США. Непрерывные и хорошо организованные работы по созданию и совершенствованию корабельных КР позволили СССР, а затем и России сохранить приоритет в этой области на протяжении десятков лет. Один из современных видов КР - «Москит» - по своим боевым и техническим характеристикам превосходит все известные противокорабельные комплексы средней дальности. Анализируется развитие ракетных кораблей, описывается размещение ракетных комплексов и показано их влияние на архитектуру корабля. Установлено, что широкое использование КР повлекло за собой изменение состава ВМС флотов. Предполагается, что дальнейшее совершенствование КР будет вестись в направлении снижения эффективной площади радиоотражения, повышения маршевой скорости полета и маневренности, что соответственно, предъявляет свои требования к прочности и маесогабарит-ным характеристикам планера. Такие требования вводят существенные ограничения в технологический процесс производства планера КР. Использование в конструкции планера КР высокопрочных нержавеющих сталей и титановых сплавов значительно затрудняет технологический процесс изготовления деталей. Показано, что создание современных и перспективных КР во многом определяется уровнем развития материальной базы и технологии производства планера КР.

Во »торой главе описывается развитие материальной базы и технологии производства планера КР. Рассмотрены исторические этапы развития отечественного

Таблица 1

Тактико-технические данные отечественных KP_

Наименование ракеты Главный конструктор Год создания Скорость, м/с Дальность, км Стартовая-масса, т Высота полета, м Габариты

Длина, м Диаметр корпуса, м

КСЩ (Щука) М.В. Орлов 1957 270 80 2,9 60 7,69 0,9

П15 (4К-30) А.Я. Березняк 1957 320 40 2,125 100-400 6,55 0,76

П35 (4К-48) В.Н.Челомей 1959 400 300 4,5 400 9,8 0,9

П25 (4К-70) В.Н. Челомей 1961 - - - - - -

П500 (Базальт 4К-80) В.Н. Челомей 1969 830 550 4,8 50 11,7 0,88

П-120 (Малахит 4К-85) В.Н. Челомей 1972 300 110 3,2 60 9,15 0,8

П15М (Термит 4К-40) А.Я. Березняк 1972 320 80 2,5 25 6,5 0.78

П700 (Гранит) В.Н. Челомей 1975 520 550 7,0 - 10,0 0,85

Х-35 (Уран ЗМ-24) - 1983 300 130 0,6 5 4,4 0,42

П100 (Москит ЗМ-80) И.С. Селезнев 1980 770 90 3,95 7 9,385 0,76

Яхонт/Оникс - 1992 750 120 3,0 5- 15 8,9 0,67

ЗК55(Оникс/Яхонт) В.Н. Челомей 1995 750 300 3,0 5 8,9 0,67

ЗМ-54Э - - до 990 220 2,3 - 8,22 0,533

Таблица составлена на основании:

1. Карпенко A.B. Российское ракетное оружие 1943- 1993,-СПб.: ПИКА, 1993 - 180 с.

2. Широкорад А. Ракеты над морем // Техника и оружие. - № 2. - 1996. - С. 1—18.

3. Оружие российскою флота / A.M. Петров, Д А. Асеев. Е.М. Васильев, и др.; Науч. ред. В.Д. Донецка, Б.И. Родионов. - СПб.: Судостроение. I996.

4. Новые сверхзвуковые противокорабельные ракеты «Яхонт» / «Оникс» // Иностранная печать об экономическом, научно-техническом и военном потенциале государств - участников СНГ' п технических средствах его выявления. - 1999. - № I. - С.17-23

Тактико-технические данные зарубежных корабельных КР

Наименование ракеты Год принятия на вооружение Скорость, м/с Дальность стрельбы, км Стартовая масса, т Высота полета, м Габариты

Длина м Диаметр корпуса,м

55-12 М (Франция) 1964 290 6 0,075 Переменная 1,87 0,18

"Нептун" (Франция) 1969 220 10 0,17 Переменная 3,73 0,2

"Вулкан" (Италия) 1971 275 25 0,3 Переменная 4,7 0,21

"Габриэль Мк 1" (Израиль) 1970 230 18 0,43 20 3,35 0,34

"Пингвин" (Норвегия) 1970 245 20 0,33 60 3 0,28

"Экзосет" (Франция) 1971 300 42 0,735 10-15 5,12 0,35

"Отомаг" (Франция и Италия) 1974 300 80 0,77 15-20 4,46 0,46

"Гарпун" (США) 1976 280 120 0,667 15 4,57 0,34

"Томагавк" (США) 1982 290 500 1,45 5 6,4 0,517

"Томахок - Блок-4" (США) 1998 650 3000 - - - -

Таблица составлена на основании:

1. Семенов Б. Противокорабельные ракеты // Зарубежное военное обозрение. - 1983,- № 4,- С.64-69 и № 5,- С.65-69.

2. Кочубей С. Совершеношованне противокорабельного ракетного комплекса «Гарпун» // Зарубежное военное обозрение. - 1990. -№ 7. -С.46-52.

3. Радомиров 1'. Американские крылатые ракеты морского базирования // Зарубежное военное обозрение. - 1982. - № 2. - С.79-82.

4. Родионов 1)., Новичков Н. Внимание: Томагавк! // Морской сборник. - 1980. - № 5. - С.77-83.

- Таблица 3

БОЕВОЕ ПРИМЕНЕНИЕ КРЫЛАТЫХ РАКЕТ

Да га Место применения Объект поражения Типы ракет Количество ракет Последствия поражения

1967 г. октябрь Р-н Порт-Саида Средиземное море Израильский эсминец «Эйлат» П-15 4 Потеря остойчивости и плавучести

1971 г. декабрь Бенгальский залив Пакистанский эсминец «Хай-бер» П-15 2 Потеря остойчивости и плавучести

1973 г. октябрь Средиземное море Тральщик «Ярмук» (Сирия) «Габриэль» 3 Потеря плавучести

1982 г. май Фолклендские острова Патрульное судно «Комодоро Сомеллеро» (Аргентина) «Гарпун» 2 Пожары, взрывы, нарушение герметичности.

1982 г. май Фолклендские острова Эскадренный миноносец «Шеффилд» (Великобритания) «Экзосет» 1 Сильный пожар, потеря плавучести.

1982 г. май Фолклендские острова Крейсер «Гленормак»(Великобритания) «Экзосет» 1 Потеряно 13 чел., остался на плаву.

1982 г. май Фолклендские острова Авианосец «Иивисибл» (Великобритания) «Экзосет» 1 Остался на плаву.

1982 г. май Фолклендские острова Контейнеровоз «Атлантик конвейер» (Великобритания) «Экзосет» 2 Сильный пожар, потеря плавучести.

1986 г. март Залив Сидра 2 ракетных катера (Ливня) «Гарпун» 2 Потеря остойчивости и плавучести

1987 г. май Персидский залив Фрегат «Старк» (США) «Экзосет» 2 Сильный пожар. Погибло 37 чел., остался на плаву.

1988 г. март Персидский залив 2 корабля (Иран) «Гарпун» 2 Потеря остойчивости и плавучести

1991 -93 гг. Персидский залив Около 300 случаев поражения надводных кораблей и береговых целей «Гарпун», «Томагавк», П-15М Более 300 Разрушение береговых и надводных целей

1998 г. август Афганистан, Судан Объекты наземного базирования «Томагавк» Около 100 Разрушение промышленных объектов.

1999 г. Югославия Объекты наземного базирования «Томагавк» Более 200 Разрушение объектов различного назначения

кораблестроения (работы В.Н. Бурова, А.Н. Золотова) и самолетостроения (разработки Г.И. Житомирского).

Предложено для развития производства КР использовать исторические этапы, соответствующие закону стадийного развития производства. В связи с этим выделены следующие исторические этапы развития производства КР:

• начальный период (до 1935 г.), в течение которого создавались и испыты-вапись первые КР (стадия орудийного производства);

• период становления конструкций и освоения серийного производства КР (1935 - 1960 гг. - стадия машинного производства);

• период создания дозвуковых конструкций и освоения серийного производства КР (1960 - 1980 гг. - стадия автоматизированного производства);

• период создания сверхзвуковых конструкций (1980 - 2000 гг. - начало освоения безлюдных технологий).

Рассмотрены исторические аспекты создания научных центров ракетостроения. Установлено, что в нашей стране первым научным центром по проектированию ракет была организованная в 1921 г. в Петрограде лаборатория Н.И'. Тихомирова.

Показано, что проблемами отечественного авиационного и ракетного производства занимались такие институты, как НИАТ, ЦИАМ, ВИАМ, ВИЛС и другие. Установлена ведущая роль НИАТ как старейшего технологического института, берущего свое начало от созданного А.К. Гастевым в 1921 г. Центрального института труда (ЦИТ).

За рубежом первыми научными центрами ракетостроения следует считать ракетные базы Германии в Пенемюнде, созданные под руководством В. Дорн-бергера, В. Брауна, X. Вагнера и других специалистов.

Исторически первые КР создавались как беспилотные самолеты. Поэтому их производство размещалось на авиационных заводах, при их изготовлении использовались авиационные материалы и специализированное оборудование. Произведен исторический анализ применяемых на соответствующих этапах развития конструкционных материалов, из которых изготавливались КР. В начальном периоде развития наряду со сталью, алюминиевыми и магниевыми сплавами продолжала использоваться древесина. В дальнейшем появились новые конструкционные материалы, отвечавшие требованиям снижения веса при повышении прочности планера КР. Появились высокопрочные нержавеющие стали, высокопрочные алюминиевые и магниевые сплавы, титановые сплавы, полимерные композиционные материалы. Так. требования технического прогресса в области конструкции КР способствовали появлению материалов с малым удельным весом и высокой прочностью, что является следствием действия закона развития техносферы, сформулированного А.И. Половинкиным.

Показано, что среди новых направлений развития зарубежных материалов следует отметить появление порошковых алюминиевых сплавов и армированных волокнами материалов ММК, обладающих высокой прочностью. Для силовых конструкций ракетной техники в США разработан новый высокопрочный циркониевый сплав Vitrelloy, прочность которого в 2,3 раза превосходит прочность современных нержавеющих сталей при меньшем удельном весе. Известно, что постоянный рост прочности и вязкости конструкционных материалов существенно затрудняет обработку деталей планера КР. Так, по данным И.Г. Жаркова, современные высокопрочные нержавеющие стали и титановые сплавы имеют коэффициент обрабатываемости в пределах значений 0,2 - 0,4 (по отношению к стали 45), что требует применения новых инструментальных материалов.

В работе рассмотрено историческое развитие инструментальных материалов, от которых зависит эффективность изготовления деталей планера КР. На первых этапах развития основным инструментальным материалом была быстрорежущая сталь, затем появились твердые сплавы на основе карбида вольфрама. Прогресс в создании инструментальных материалов также явился следствием действия всеобщего закона развития техносферы. В результате в настоящее время создан ряд сложнолегированных быстрорежущих сталей повышенной производительности, таких ках Р6М5К5, Р9М4К8 и др., которые, в свою очередь, требуют более тщательной технологии изготовления инструмента. При этом начинают применяться методы порошковой металлургии и электрошлакового переплава. Описано появление новых марок вольфрамосодержащих и безвольфрамовых твердых сплавов, а также дисперсионно-твердеющих сплавов, таких как ЭП-831, обеспечивающих повышение стойкости инструмента до 5 раз по сравнению со сталью Р18 при обработке титановых сплавов и высокопрочных сталей. Показано, что получили широкое применение сверхтвердые синтетические материалы (искусственный алмаз, эльбор и др.). Описаны области применения инструментальных материалов в производственном процессе.

Развитие оборудования и технологии изготовления планера КР рассмотрено по историческим стадиям и по соответствующим видам производства: заготови-тельно-штамповочному, литейному, механообрабатывающему, сварочному, термообработке и сборочному производству. Подтверждено, что все виды производства планера КР подчиняются в своем развитии закону стадийного развития. Особое внимание уделено прогрессивным технологиям и оборудованию, используемому в отечественной практике и за рубежом. Показано, что технический прогресс во всех видах производства неизбежно стремится к безлюдным технологиям, гибким автоматизированным производствам и системам. Необходимо отметить, что в последнем периоде развития ( 1980 - 2000 гг. ) прослеживается тенденция снижения темпов научно-технического прогресса в отечественной промышленности при росте их за рубежом.

Подробно рассмотрена история механообрабатывающего производства как основного по трудоемкости и обеспечивающего качество планера. Установлено, что уже во II периоде развития начинают применяться нетрадиционные методы обработки, такие как электроэрозионная и электрохимическая. • Описана ведущая роль НИАТ в истории развития оборудования с ЧПУ, являющегося основой современного станочного парка. Описана история первых гибких производственных комплексов (ГПК), применяемых для обработки корпусных деталей. Показано, что технологическая надежность ГПК является важным фактором, обеспечивающим эффективность механообработки. Сделан вывод, что в условиях безлюдного и малолюдного производства технологический процесс должен обеспечивать заданное качество деталей планера КР, т.е. быть надежным. Обработка нежестких корпусных деталей из труднообрабатываемых материалов должна предусматривать возможность борьбы с вибрациями.

В работе также описана историческая эволюция смазывающе-охлаждающих жидкостей, как одного из необходимых технологических элементов для обеспечения надежности обработки. Приводятся результаты исследования и внедрения в производство новых технологических процессов, разработанных в соответствии с комплексной научно-технической программой «Инструмент».

В работе также приведены исторические сведения о развитии сварочного производства, термообработки и сборочного производств, показано, что в своей эволюции они подчиняются законам стадийного развития и развития техносферы.

Установлено, что одной из важнейших проблем современного производства планера КР является обеспечение качества изготовления деталей и их сборки. Центральным вопросом качества является обеспечение бездефектности производства, т.е. надежности технологических процессов. Одной из основных характеристик, подлежащих проверке при сертификации производства согласно стандартов FAR или авиаправил АП-21, является стабильность технологии, которая также обеспечивается надежностью технологических процессов. Для разработки методов обеспечения надежности технологии производства планера КР необходимо провести историческое исследование развития и формирования теории надежности технологии.

В третьей главе рассматриваются исторические вопросы формирования теории надежности технологических процессов изготовления деталей планера КР. Дается описание развития теории надежности технологических процессов, приводятся основные свойства, термины и определения. На рис. 1 показано влияние конструкции КР и материала деталей планера на надежность технологии механообработки. Для количественной оценки соискателем разработана

система показателей и методы их расчета. Так, вероятность выполнения задания Рк(т) по всем показателям качества определяется как:

Рк{т)=ПРа{т), (1)

и=1

где Ра{т) — вероятность выполнения а-го показателя качества во времени т\т — количество показателей качества.

Надежность технологического процесса изготовления деталей планера КР определяется надежностью операций, которые в свою очередь зависят от надежности технологических и вспомогательных переходов:

Рт(т)=ПР?(г), (2)

где Р°"(т) - надежность j-ой операции; п — число операций технологиче-

ского процесса.

Сложные формь обрабатываемой поверхности I Низкая жесткость детали и технологической системы Высокая прочность и вязкость материала детали

Т А"' А У " А < ь А <

Точность размеров и взаимного расположения поверхностен Качество поверхностного слоя Возникновение вибраций Низкая стойкость инструмента

▼ Г ▼ ▼

Р Р Репе"!, Рлост Рмосг, Тер

Рис. 1. Влияние конструкции и материала деталей планера КР на надежность технологии механообработки. Р - вероятность безотказной работы; Ршкз, ^пост - внезапные и постепенные отказы; Тдр - средняя наработка на отказ.

С учетом доли неправильно принятой продукции ш „ и доли неправильно забракованной продукции пХ1 вероятность безотказного выполнения технологического процесса Рт" имеет вид:

PT"{T)=n[Pxl([-PKl){\-mxl){\-nxi)}, 1 = 1

где тс - количество выходных параметров технологической цепочки операций техпроцесса;

Ри - вероятность получения каждого из параметров;

Рю - вероятность отбраковок изделий на выходном контроле.

Рис. 2. Схема изменения показателя качества «V» во времени

В работе приведена классификация отказов технологии и причин потери работоспособности, предложены методы статистического и вероятностного расчета основных показателей надежности. На рис. 2 показана схема изменения обобщенного показателя качества «У» во времени, что характеризует изменение величины размера, волнистости или шероховатости поверхности. Здесь F(t) - вероятность отказа; P(t) - вероятность безотказной работы в момент времени t; <p(t) - плотность распределения частоты отказов; Т - среднее время работы перехода до отказа; Y{) и }] - математическое ожидание показателя

качества в начальный момент времени и в некоторый момент 7]; £п и с, - соответственно поля рассеивания для времени 7"0 и Г,;

Ттп И

доверительные границы распределения <p(t) времени

безотказной работы.

Для условий нормального распределения основные показатели надежности технологии P(t) и Тср определяются статистическим методом:

Т -Т P(t) = Fc 1 ср '

71

_vZL

(4)

где — функция нормального распределения; Бт - среднеквадратическое отклонение времени безотказной работы перехода; Т1 - время работы до отказа /-го перехода; N — количество деталей, обработанных до подналадки.

При прогнозировании надежности на этапе технологического проектирования предложено использовать вероятностный метод расчета:

P«) = F0

т — ^

СР у

\2

1 +

(5)

(6)

где Удм — допустимое значение обобщенного показателя качества; Уу -математическое ожидание скорости изменения К0 - математическое ожидание показателя качества в начальный момент; сг, и оч - среднеквадратические отклонения распределений Уу и У0.

Для условий расчетно-точностного проектирования чистовых технологических переходов механической обработки деталей КР выражения (5) и (6) примут частный вид:

P(t)=F0

2U_0-V-t 1000

-Д„

-(Sf+S;)

(7)

г =

ср

(а„р-Аф)АШ

2-и0-У

1000 2иа-У

где <у - производственное поле допуска (мкм); £/() - относительный размерный износ инструмента (мкм/км); V - скорость резания (м/мин); / - время (мин); и Я, - стандартное отклонение распределений Ух и Уп.

Для условий распределения Вейбулла, которое чаще встречается при совместном действии систематических и случайных погрешностей, предлагается более гибкая модель:

У = УХ+И-10 -А,

(9)

где А и А - коэффициенты, определяющие форму кривой показателя качества.

Тогда верхняя доверительная граница распределения показателя У определяется по формуле:

1-г |

Г = {?,+/-Гц-а + иУю А -А, (10)

где а- среднеквадратическое отклонение показателя У\

¡р— табличный коэффициент, зависящий от доверительной вероятности /?,■ /- коэффициент перемешивания реализаций, зависящий от значения нормированной корреляционной функции и определенный как:

м- (п)

Коэффициенты А и А определяются как:

Л = А = -

Гп-Г,

сг2 а.

(12)

где К, и стт - среднее значение и среднеквадратическое отклонение в момент Ь. Нижняя доверительная граница определяется как:

Г = (Р;-г^-ст, +А)-10 •' -А. (13)

Предполагается, что распределение времени до отказа технологического перехода описывается законом Вейбулла как достаточно гибкой моделью. Плотность распределения наработки до отказа имеет вид:

(14)

Функция вероятности безотказной работы Р(г) определяется из выраже-

Параметры «а» и «Ь» определяются из экспериментальных значений вероятности Р(1,) в моменты времени I, (/=1,2, ..., п) методом наименьших квадратов.

^ Ь=^+П'а , (16)

У1 * 5*22 — 2 ^12

где 5п=Х(1п(-1пР(г,))); 512=2>/,-;

52| = £(1П(-1П(Щ)))'1гц; 522 = |>Г,]2. (17)

1=1 (=1

Данный метод расчета может быть более эффективно использован для назначения показателей надежности технологических переходов, поскольку использование распределения Вейбулла позволит учесть, в частности, совместное действие отказов постепенного и внезапного характера.

В работе установлено, что надежность технологических процессов изготовления деталей должна быть оптимальной. Условием оптимальности является минимизация суммарных затрат на выполнение перехода (операции) на запускаемой партии деталей планера КР с учетом вероятного брака С0: С,+С2 = С0-> тш, (18)

где С, и С2 - соответственно затраты, связанные непосредственно с выполнением технологического процесса, и затраты, связанные с вероятностью получения бракованных деталей при обработке партии деталей. Количество деталей, обрабатываемых до подналадки «и» при выполнении условия (18), определяется из совместного решения выражений:

Р = Р

' опт ' О

~ ■ СявЛ1 + (1 - Ропп, К • Сдет = С0 гшп;

п

(19)

где Рапт - оптимальное значение вероятности безотказной работы; М -количество деталей в партии запуска; Снм>н - затраты на проведение подналадки; (?,,„„ - себестоимость детали после осуществления данного перехода; Г(, -машинное время перехода; <гТ — среднее квадратическое отклонение наработки на отказ.

Таким образом, установление оптимальной надежности технологических процессов позволит минимизировать суммарные затраты на производство деталей планера КР. При этом можно говорить, что в своем строении технологиче-

ские процессы стремятся к такому состоянию, при котором минимизируются суммарные затраты с учетом вероятного брака, т.е. стремятся к оптимальной надежности.

В этой главе также приведены результаты исследования и анализ технологической надежности ГПК ААК «Прогресс» в условиях реального производства деталей планера КР «Москит». Построены диаграммы Парето для анализа причин возникновения отказов и определены доминирующие факторы. Проведено сравнение показателей надежности исследуемого ГПК с ГПК" фирмы «Berardi» (Италия). Одной из характерных особенностей зарубежной ГПК является время восстановления работоспособности. Так, длительность отказов менее 5 мин у ГПС «Berardi» заняла 66 % всех отказов, а у ГПК «Прогресс» - 2 %. Детальный анализ причин возникновения отказов технологии обработки деталей планера КР на ГПК показал, что весьма часто возникают вибрации автоколебательного характера, приводящие к снижению качества деталей. Вибрации снижают и стойкость инструмента, что наряду с внезапными отказами приводит к ускорению наступления постепенных отказов, особенно при обработке маложестких деталей планера.

В работе проведен анализ истории развития теории автоколебаний при резании металлов. Исследованиями отечественных и зарубежных ученых: Н.А. Дроздова (1937 г.); А.И. Каширина (1944 г.); А.П.Соколовского (1946 г.); И.С. Штейнберга (1947 г.); И.С. Амосова (1951 г.); Г.А. Манжоса (1951 г.), Б.Г. Келенджеридзе (1952 г.); Ю.Т. Межевого (1954 г.); В.А. Кудинова (1955 г.);

A.M. Егорова (1955 г.); И. Тлусты (1956 г.); В.А. Воронова и АЛ. Кривоухова (1956 г.); Л.С. Мурашкина (1958 г.); Л.К. Кучмы (1958 г.); М.Е. Эльясберга (1958 г.); И.И. Ильницкого (1958 г.); Н.И. Ташлицкого (1960г.); Д.И. Рыжкова (1961 г.); В.И. Леонтьева (1962 г.); X. Меррита и И. Лемона (1965 г.); П. Альбрехта (1965 г.); В.В. Каллиопина (1969 г.); Г.С. Лазарева (1971 г.); В.А. Молочкова и

B.А. Пацкевича(1972 г.); Л. Г. Териковой (1972г.); И. Г. Жаркова (1973 г.); В.В. Зарса (1973 г.); Ю. А. Аблапохина (1973 г.); Л. Ю. Акинфиевой (1975 г.); Е.П. Молчанова (1979 г.); Ю.Г. Кабалдина (1991 г.); В.А. Кудинова (1992 г.) и других, установлены основные закономерности автоколебаний при механической обработке. Историческое исследование развития теории возбуждения автоколебаний показало, что в различное время было выдвинуто более 20 гипотез о природе автоколебаний. Однако, ввиду сложности явления, до сих пор единого мнения не существует. Наиболее распространена точка зрения о запаздывании сил резания относительно перемещения и координатной связи между перемещениями. При этом подразумевается наличие двух групп сил: сил, поддерживающих колебания, и сил демпфирующих. В работе рассмотрено вибровозбуждающее действие переменных сил трения, возникающих в условиях упру-

го-пластического контакта режущей части инструмента со сходящей стружкой.

Сделано предположение, что сила трения стружки о переднюю поверхность резца является функцией от площади (длины) контакта стружки и инструмента. Это предположение основывается на результатах исследований М.Ф. Полетики. Рассматривая кинематику автоколебаний, можно установить неоднозначность зависимости длины контакта от перемещения при врезании и отходе резца от детали. За счет этого возникает неоднозначность сил трения от перемещения при колебательных движениях. Эти силы при врезании имеют меньшее значение, чем при отходе, в одних и тех же координатах перемещения. В целом за цикл колебательного движения производится определенная работа, направленная на поддержание автоколебательного процесса. Ее величина зависит от длины контакта, а также от величины фазового сдвига между перемещением и запаздыванием сил трения.

Кроме этого, при сближении резца и детали переменная часть упруго-пластического контакта имеет характер граничного трения окисленной поверхности режущей части с химически чистой поверхностью стружки и обрабатываемой детали. При отходе резца от детали характер трения остается одинаковым по всей площади контакта и имеет характер ювенильного трения химически чистых поверхностей. Учитывая, что величина коэффициента трения при резании достигает величины 2,0 и более, а также то, что коэффициент трения увеличивается по длине контакта в направлении от режущей кромки, нетрудно определить значительную разницу величины силы трения при врезании и отходе резца.

Таким образом, выдвинута новая гипотеза о возможности вибровозбуждающего действия упругопластического контакта стружки с передней поверхностью резца. Подтверждением правомерности данной гипотезы служат результаты исследований Л.К. Кучмы и Д.И. Рыжкова, в которых описано применение резцов с виброгасящей фаской, т.е. с укороченной передней поверхностью. Искусственно создавая укороченную поверхность, можно стабилизировать длину контакта стружки с резцом и таким образом существенно снизить вибровозбуждающее действие.

Косвенным подтверждением правомочности существования выдвинутой гипотезы служат также результаты исследований А. Нуржанова, где получены данные о влиянии газовых сред на интенсивность автоколебаний при обработке тонкостенных кольцевых деталей.

В качестве метода устранения автоколебаний при обработке резанием деталей планера из высокопрочных сталей и титановых сплавов автором предложен способ знакопеременного резания, который устраняет действие вторичного источника автоколебаний - вибрационного следа. Как известно, «след» вносит в колебательную систему около 85 % энергии, идущей на поддержание автоколебаний. Сформулировано следующее определение. Способ лезвийной обра-

ботки, при котором последующее резание в какой-либо точке поверхности детали производится под некоторым углом к направлению предыдущего резания в той же точке, называется знакопеременным резанием. В работе произведено теоретическое и экспериментальное исследование кинематики и динамики знакопеременного резания. Получены а.с. № 625848 (концевая фреза); а.с. № 1397193 (метод резания высокопрочных сталей); а.с. № 1263445 (режущий инструмент), в которых реализованы принципы знакопеременного резания. Разработаны схемы резания многолезвийным инструментом для безвибрационной обработки деталей планера из высокопрочных сталей и титановых, сплавов. На рис. 3 показана расчетная схема рабочей части фрезы со знакопеременным направлением режущих зубьев. Разработана методика расчета конструкции и технологии изготовления виброустойчивых фрез со знакопеременным направлением режущих зубьев по а.с. № 625848. На рис. 4 и 5 приведены допустимые значения подач в зависимости от скорости и глубины резания, полученные при испытаниях стандартных и виброустойчивых фрез при обработке титанового сплава ВТ-3-1. На рис. 6 показана зависимость высоты вибрационной волны А на обработанной поверхности от скорости резания V при обработке титанового сплава ВТ-3-1 фрезами стандартной конструкции и фрезами по а.с. № 624848. Подача Б = 63 мм/мин; глубина резания г = 15 мм. Ширина фрезерования В = 40 мм. Фрезы прошли испытания и внедрены в производство деталей планера КР «Москит» (акты внедрения имеются в Приложении к работе). Концевые фрезы экспонировались на ВДНХ СССР и отмечены серебряной и бронзовой медалями.

Для выбора эффективных средств и способов гашения вибраций проведены специальные исследования изобретений. В основном изучались методы виброгашения, конструкция и технология изготовления инструмента. Поиск осуществлялся по 5 ведущим странам за период 1960 - 1990 гг. Проанализировано более 1000 изобретений. Результаты исторических исследований приведены в приложении к работе.

В завершение главы приведено описание системы обеспечения технологической надежности ГПК для обработки деталей планера КР. Описан состав подсистем. Отдельные части системы, ее подробное описание вынесены в приложение к работе. Схема выполнения этапов в системе обеспечения надежности ГПК показана на рис. 7. Здесь Т, Т- соответственно поле допуска и часть поля допуска, отводимые на компенсацию погрешностей от рассеяния размеров АР; формы Дф и на размерный износ инструмента Л(.„с„,; 5,У, I, г, у,а - режим резания и параметры геометрии режущей части инструмента; Л,,,А- экспериментальные значения рассеяния размеров и погрешности формы; Р,кож и РкОЖ -расчетные значения вероятности безотказной работы соответственно перехода и операции.

Рис.3. Расчетная схема фрезы со знакопеременными зубьями ( представлена развертка рабочей части ); Dr - главное движение резания; 1к и li - длины дуг канавки и гребенки: Ртг-торцевой шаг: <дь. coi. Ш2 - углы наклона основных зубьев и зубьев гребенки: D. Dk - диаметры фрезы и шлифовального круга; hi и I12 - высота основного зуба и зуба гребенки; у и а - передний и задний углы; г - радиус стружечной канавки: Рог - осевой шаг зубьев гребенки: е - угловые шаги.

170 150 130 110

90 70 50 30

Б мм/мин

Глубина резания I =20мм

----Глубина резания 1=10мм

© Фреза по а.с. 625848 О ' Стандартная кониевая фреза

15 19 23 м/мин

Рис. 4. Зависимость величин допустимых подач Б от скорости резания V

10 20

Рис. 5. Зависимость величин допустимой подачи Б от глубины резания I Обозначения: 1 - скорость резания V = 15 м/мин

О-фреза стандартной конструкции 2 - скорость резания V = 19 м/мин

©----фреза по а.с. 625848 3 - скорость резания V - 23 м/мнн

А, мкм

* Фреза стандартная ® Фреза по а.с. 625848

40

30

20

10

0

12,5

16,0

V

—I-—►

20,0 м/мин

Рис. 6. Зависимость высоты вибрационной волны А на обработанной поверхности от скорости резания V

Таким образом, разработанная система содержит необходимые технологические материалы и базы знаний для обеспечения технологической надежности ГПК при обработке деталей планера КР.

В четвертой главе устанавливаются основные исторические закономерности развития конструкции и технологии изготовления планера КР. Описано развитие конструкции планера, начиная от ракет К.И. Константинова до современных КР. На основании исторического анализа развития конструкции КР и ее планера сделан вывод, что их эволюция подчиняется действию всеобщих законов развития, а именно: законов стадийного развития, прогрессивной эволюции, развития техносферы.

В таблице 4 приведены основные закономерности развития техносферы планера КР, из которых следует, что технический прогресс в конструкции планера и технологии его изготовления вызывает ускоренное развитие технологии смежных областей.

Кроме этого, КР в своем строении и развитии подчиняются следующим частным закономерностям: повышается скорость и маневренность полета КР, уменьшаются масса деталей планера, лобовое сопротивление полету, радио-заметность КР. Установлены частные исторические закономерности развития планера: наблюдается рост прочности и вязкости при одновременном ухудшении обрабатываемости конструкционных материалов, повышается монолитность интегральных конструкций деталей, повышается точность и сложность деталей двойной кривизны, уменьшаются соотношение между диаметром и длиной корпуса, толщина стенок корпусных деталей при введении ребер жесткости продольного и поперечного силового набора.

1. Анализ исходных данных и изучение накопленного опыта

1.1 Анализ полноты исходных данных

1.2 Анализ оазмеоно - точностных показателей

1.3 Изучение опыта обработки подобных деталей

(по точности, надежности, производительности и т.д.)

2. Прогноз условий обеспечения надежности

1 I

2.1 Выбор вида и метода размеиной наладки

2.2 Выбор рационального баланса точности )

2.3 Прогноз технологической надежности перехода Pit« (г) и операции Ркю (г )

3. Проектирование параметров обеспечения заданной надежности технологии обработки деталей 1

3.1 Установление доли Т^вТ

3.2 Выбор параметров S, V.t,г,у,а для обеспечения Д,Л1„< 7\,

3.3 Выбор условий для обеспечения лг„, <

3.4 Расчет Ркож (г )>P,l,u( г ) и Ркож (г )> А т{ т)

4. Экспериментальная проверка выбранных условий.

обеспечения надежности.

[

4.1 Обработка пробных деталей и расчет А'р

4.2 Определение А'ф

4.3 Сравнение А'р < Ар1111С;А'ф < Афп¥

ГС

4.4 Уточнение Р,Ц г )<P,i<,*l г А< г)<А..»< г )

Рис. 7. Схема выполнения этапов в системе обеспечения надежности технологии обработки деталей п ГПК

Таблица 4

Закономерности развития техносферы планера КР

Конструкция Технология

Повышение прочности, вязкости и ухудшение обрабатываемости материалов (ВТ-3-1; ВТ-5Л: ОТ-4: Х15Н5В2Г; ВНС-5; ЭИ-654; 95X18) сг„= 900- 1200 МПа ^ =20-35 % КГ1„ = 0.2 - 0.4 развитие инструментальных материалов и новых технологических процессов упрочнения инструмента: развитие методов виброгашения при механической обработке: появление новых СОЖ; применение нетрадиционных технологий; внедрение методов порошковой металлургии формование деталей с использованием эластичной среды и штамповка в состоянии ползучести; развитие методов вакуумного литья.

Повышение монолитности интегральных конструкций корпусных деталей появление оборудования типа «обрабатывающий центр»; развитие методов обеспечения надежности ТП; развитие виброустойчивых конструкций инструмента.

Повышение точности и сложности деталей двойной кривизны развитие технологии обработки на станках с ЧПУ; штамповка с учетом пружинения; формование деталей в режиме сверхпластичности.

Уменьшение толшины стенок и введение ребер жесткости развитие методов расчетно-точностного проектирования ТП: развитие знакопеременного способа резания: развитие методов литья выжиманием и других процессов.

Описаны частные закономерности строения и развития технологии производства планера КР, вытекающие из действия всеобщих законов развития техносферы и закона прогрессивной эволюции техники. Установлено, что законы симметрии технических объектов, корреляции параметров однородного ряда, ускоренного развития средств производства, возрастания сложности технических объектов и минимизации компоновочных затрат имеют соответствующие частные закономерности в строении и развитии технологии производства планера КР, а именно: отражения технологических элементов, фрактального

строения технологии, дифференциации технологических процессов, концентрации технологических операций, минимизации суммарных технологических затрат.

В приложениях помещены: акты внедрения в исторической ретроспектив ве, схемы и рисунки КР, иллюстрации к технологическим процессам; нормативно-техническая документация по обработке авиационных материалов, патентные исследования изобретений, описания авторских свидетельств соискателя, стандарт предприятия СТП-577-03-174-90 «Порядок сбора, автоматизированного учета и анализа информации о дефектах при механической обработке», методика расчета фрез со знакопеременным направлением режущих зубьев, удостоверение к медали ВДНХ, описание состава системы обеспечения технологической надежности гибкого производственного комплекса для обработки деталей планера КР, методика оценки технологической надежности ГПК, база технологических знаний для определения причин брака при механической обработке деталей планера КР.

В заключении приведены основные результаты работы. На основании исторических исследований получены научно обоснованные технические и технологические решения в одной из актуальных проблем флота, связанной с вооружением надводных кораблей крылатыми ракетами.

Приведены основные, установленные автором исторические закономерности развития КР, планера и технологии его изготовления. Показано, что в своем развитии и строении планер и технология его изготовления подчиняются как всеобщим законам, так и частным закономерностям. Отмечено, что предполагавшееся ранее широкое внедрение в конструкцию планера КР полимерных композиционных материалов носит весьма ограниченный характер.

Описываются полученные новые научные знания, показывается практическая ценность исторических исследований. Устанавливаются пути дальнейших исследований.

По материалам исследования получены следующие основные научные результаты:

1. Обоснованы и систематизированы исторические сведения о развитии конструкции КР и технологии производства планера.

2. Установлены в результате исторических исследований закономерности строения и развития планера корабельных КР, которые определяют требования к развитию материальной базы и технологии изготовления деталей планера.

3. Определены четыре исторических этапа развития конструкции и технологии производства планера, соответствующие закону стадийного развития.