Оборудование для плазменного напыления

Введение

В современном мире инновационных технологий важно стабильность и надежность работы системы связи, увеличение скорости передачи и обработки информации, что является основанием создания эффективной и технологической элементной базы антенно-фидерных устройств.

Актуальность работы обусловлена высокой точностью изготовления и малой шероховатостью рабочей поверхности рупорной антенны т.к. сама антенна является неотъемлемой частью элементной базы антенно-фидерного устройства. Что позволит антенне иметь узкую диаграмму направленности и помехозащищенность.

Целью работы является метрологически обеспечить технологию изготовления облучателя.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

· Выбрать метод и режимы плазменной обработки;

· Выбрать метод и режимы механической обработки;

· Выбрать способ и режим травления;

· Разобрать технологию изготовления рупорной антенны (облучателя) по операционно;

· Определить технологическое оборудование и режимы обработки для достижение высокой точности и малой шероховатости рабочей поверхности облучателя;

· Выбрать методы контроля процессов и точности изготовления;

· Составить маршрутную карту техпроцесса.

Практическая значимость работы заключается в выборе технологических решений метрологического обеспечения технологии изготовления облучателя с ребристым рупором в соответствии с установленными требованиями.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Общие сведения

Объектом выпускной квалификационной работы является облучатель с ребристым рупорном.

Назначение облучателя заключается в формировании сверхвысокочастотные сигналы с определенной диаграммой направленности, необходимой для работы системы связи. Было создано несколько опытных конструкций облучателей антенно-фидерного устройства (АФУ) космического аппарата (КА), работающих в диапазоне крайне высоких частот (КВЧ) и обеспечивающих узкую диаграмму направленности и помехозащищенности […].

В приложении 1 показан внешний вид облучателя с ребристым рупором. Облучатель предназначен для формирования КВЧ-сигнала круговой (эллиптической) поляризации как левого, так и правого направления вращения плоскости поляризации.

Перед началом работы нам необходимо иметь представление о самой рупорной антенне.

Рупорная антенна - это антенна в виде волновода с плавно расширяющимся поперечным сечением в сторону открытого конца [1].

Рупорные антенны применяют как самостоятельно, так и в качестве облучателей зеркальных и других антенн.

Рупорные антенны очень широкополосны и весьма хорошо согласуются с питающей линией — фактически, полоса антенны определяется свойствами возбуждающего волновода. Для этих антенн характерен малый уровень задних лепестков диаграммы направленности (до -40 дБ) из-за того, что мало затекание высокочастотных токов на теневую сторону рупора. Рупорные антенны с небольшим усилением просты конструктивно, но достижение большого (>25 дБ) усиления требуют применения выравнивающих фазу волны устройств (линз или зеркал) в раскрыв рупора. Без подобных устройств антенну приходится делать непрактично длинной.

Различают следующие виды рупорных антенн [2]:

· секториальный Е –плоскостным – рупор образованный увеличением размера b волновода, параллельного вектору ;

· секториальный Н – плоскостным – рупор, образованный увеличением размера а волновода, параллельного вектору ;

· пирамидальный – рупор, образованный одновременным увеличением размеров a и b поперечного сечения волновода;

· конический – рупор, образованный при увеличении поперечного сечения круглого волновода.

Достоинством рупорной антенны является ее широкополосность, определяемая широкополосностью питающего волновода, к.п.д. рупорной антенны равен единице.

 

Обзор литературы

Обзор литературы проводится для ознакомления существующих антенных рупоров и методы изготовления некоторых из них. В нашем случае мы рассмотрим патенты, изобретения которых относятся к волноводным рупорам по международной классификации патентов, опубликованные с периода 2008 и по настоящий день.

Усеченная рупорная антенна (патент РФ № 2402844).

Данное изобретение относится к антенной технике и предназначено для расширения частотного диапазона и излучения пикосекундных сигналов рупорной антенной. Техническим результатом является расширение частотного диапазона и обеспечение излучения пикосекундных сигналов.

Расположение сверхширокополосных антенн открытой конструкции вблизи металлических объектов или объединение электромагнитных излучателей в антенную решетку приводит к возникновению "антенного" эффекта, росту взаимного влияния излучателей, искажению диаграммы направленности антенн, сужению рабочего диапазона и снижению характеристик сверхширокополосных радиолокаторов, поэтому сверхширокополосные антенны должны иметь закрытую конструкцию. Рупорная антенна, состоящая из питающего волновода постоянного сечения и собственно рупора, представляющего собой плавно расходящийся волновод, имеет закрытую конструкцию. Однако ее частотный диапазон ограничивается полосой пропускания питающего волновода.

Для расширения частотного диапазона и обеспечения излучения пикосекундных сигналов рупорной антенной, в которой штыревой возбудитель размещен непосредственно в объеме рупора, предлагается рупор выполнить в виде усеченной пирамиды. Штыревой возбудитель предлагается расположить так, чтобы его ось была параллельна основаниям усеченной пирамиды. Размеры прямоугольника, образованного сечением пирамиды, где располагается штыревой возбудитель, необходимо рассчитывать для нижней границы частотного диапазона рупорной антенны, а оптимальную высоту рупора - для верхней границы частотного диапазона [3].

Антенная система с изменяемой формой диаграммы направленности (патент РФ № 2427947).

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в беспроводных точках доступа. Техническим результатом является уменьшение габаритов, себестоимости, увеличение усиления, упрощение компактной энергонезависимой антенной системы с изменяемой формой диаграммы направленности (ДН). Антенная система с изменяемой формой ДН излучения содержит возбуждающую антенну и рупорную насадку. Возбуждающая антенна состоит из металлического экрана-отражателя, который имеет плоское основание и расположенные по периметру основания боковые стенки, а также излучателя, установленного на основании в его центре, к которому присоединен коаксиальный кабель питания. Рупорная насадка, излучатель и плоское основание металлического экрана-отражателя имеют прямоугольную форму. Технический результат достигается за счет того, что узкий конец рупорной насадки имеет форму волновода, который выполнен с возможностью электромеханического соединения с боковыми стенками основания экрана-отражателя.

Бурное развитие и возросшее применение различных компактных радиоустройств, таких как эхорадарные датчики движения, радиоточки сетевого доступа, репитеры и базовые станции мобильной связи, потребовало разработки малогабаритных направленных антенн, необходимых для формирования оптимальной зоны обслуживания.

Использование такого набора антенн при установке внутри здания и внутри помещений оказалось необходимым для обеспечения качественной радиосвязи в условиях зоны обслуживания со сложной конфигурацией.

Оптимальными с точки зрения максимального усиления при минимальных размерах являются микрополосковые антенны, которые нашли широкое применение в малогабаритной радиоаппаратуре и антенных решетках.

Недостатком микрополосковых антенн является то, что их конструкция не позволяет изменять усиление антенны и, как следствие, изменять форму (ширину) ее диаграммы направленности.

Общий анализ различных конструкций антенн с направленным излучением показывает, что наиболее эффективными антеннами для направленного излучения являются рупорные антенны, хотя они и имеют достаточно большие габариты.

Недостаток рупорной антенны прототипа заключаются в следующем. К изготовлению выдвигающихся рупорных вставок предъявляются высокие требования, что существенно повышает их стоимость. Так внутренние размеры вставки должны совпадать с ответной частью, иначе образуется зазор, который обрывает электрическую связь деталей, в результате чего на образовавшейся неоднородности излучаемое поле искажается и усиление антенны может быть меньше.

Существующие на сегодня антенны беспроводных радиосетей имеют следующие недостатки:

- они могут обеспечивать только фиксированную зону обслуживания, тем самым ограничивается функциональность и увеличивается стоимость установки беспроводной сети в целом, так как для перекрытия зоны обслуживания радиосети приходится увеличивать количество антенн и просчитывать места их установки.

- при необходимости перестройки зоны обслуживания недостаточно просто перестроить систему радиосети, поэтому возникает необходимость приобретения дополнительного оборудования взамен существующего, что увеличивает стоимость системы. Современные условия эксплуатации беспроволочных сетей требуют от конструкции антенны малых габаритов, низкой себестоимости и оптимальной диаграммы направленности (ДН).

Таким образом, задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в том, чтобы разработать конструкцию простой и компактной энергонезависимой антенной системы с изменяемой формой ДН, с уменьшенными габаритами, с малой себестоимостью, с увеличенным усилением.

Система, описанная в настоящем изобретении, предназначена для работы в структуре различных систем радиосвязи, где требуется направленная передача или направленный прием радиосигнала в широком диапазоне частот, например:

1) в беспроволочных локальных компьютерных сетях для работы в структуре базовых станций;

2) в различных устройствах сотовой связи типа ретрансляторов или как элемент антенной решетки для базовых станций;

3) в системах безопасности и охраны помещений.

Главная идея предложенного изобретения состоит в создании антенны, объединяющей в себе два различных типа: компактной антенны возбудителя (например, микрополосковой антенны) и рупорной антенны (рупорной насадки). Комбинация двух этих типов антенн основана на следующем принципе - антенна возбуждает в коротком фрагменте рупора электромагнитную волну с распределителем поля, максимально подобным распределению поля в аналогичной секции рупорной антенны. В антенне реализована возможность установки на базовую конструкцию возбуждающей антенны рупорной насадки, что позволяет изменять ее ДН и как результат повысить ее усиление.

В связи с вышесказанным, основная особенность данного изобретения - это простая, малогабаритная, энергонезависимая, дешевая конструкция антенны с изменяемой диаграммой направленности [4].

Сверхширокополосная рупорная антенна (патент РФ №2427060).

Изобретение относится к сверхширокополосным рупорным антеннам, работающим в непрерывном диапазоне ультравысоких частот (УВЧ) и сверхвысоких частот (СВЧ). Техническим результатом является увеличение коэффициента перекрытия рабочего диапазона частот антенны и уменьшение ее габаритов и массы. Технический результат достигается за счет того, что в конструкции сверхширокополосной рупорной антенны используют волноводно-коаксиальный переход в виде короткой линии с внешним проводником, имеющим внутреннюю поверхность, представляющую собой несимметричную прямоугольную ступенчатую структуру, ступеньки которой закрыты в нижней части полосками из радиопоглощающего материала, и с эксцентрично расположенным сужающимся прямоугольным внутренним проводником.

Рупорные антенны широко используются в качестве измерительных антенн, при этом предполагается их частая установка и демонтаж на стойках рабочих мест, в случае использования узкополосных рупорных антенн. В связи с этим целесообразно иметь сверхширокополосную малогабаритную легкую рупорную антенну, которая способна была бы работать с коэффициентом перекрытия рабочего диапазона частот более 20. Это в значительной мере облегчит и ускорит процесс измерений и позволит его автоматизировать

Целью изобретения является разработка максимально сверхширокополосной рупорной антенны с коэффициентом перекрытия рабочего диапазона частот более 20 при минимальных габаритах и массе.

Указанная цель достигается за счет того, что в конструкции сверхширокополосной рупорной антенны используется волноводно-коаксиальный переход в виде короткой линии с внешним проводником, имеющим внутреннюю поверхность, представляющую собой несимметричную прямоугольную ступенчатую структуру, ступеньки которой закрыты в нижней части полосками из радиопоглощающего материала, и с эксцентрично расположенным сужающимся прямоугольным внутренним проводником. В раскрыве рупора установлена диэлектрическая линза с поляризационной решеткой.

Предложенная конструкция антенны имеет хорошие радиотехнические характеристики, позволяет существенно уменьшить габариты и массу антенны и дает возможность получить коэффициент перекрытия рабочего диапазона частот не менее 30 [5].

Рупорный излучатель и способ его изготовления (патент РФ № 2466484).

Изобретение относится к антенной технике, в частности к рупорным излучателям, входящим в состав антенн космического аппарата, а также к способам их изготовления, и к способам соединения деталей, охватывающих одна другую, с помощью клея, когда одна деталь изготовлена из композиционного материала, а другая из металла. Рупорный излучатель содержит трубу с раструбом и фланец, соединенные с помощью клея так, что внутренние поверхности фланца и раструба образуют внутреннюю поверхность излучателя. В трубе выполнены продольные прорези длиной, меньшей или равной длине трубы до начала раструба. Способ соединения деталей, при котором одна деталь охватывает другую, характеризуется тем, что в месте соединения на охватывающей детали - трубе, устанавливается бандаж из нитей, пропитанных клеем, при этом нить наматывается с усилием, а на трубе выполнены продольные прорези. Техническим результатом является повышение технологичности изготовления, снижение массы конструкции, повышение качества клеевого соединения деталей.

Задачей изобретения ставится повышение технологичности изготовления рупорного излучателя, снижение массы конструкции, повышение качества клеевого соединения деталей, охватывающих одна другую, и прочности этого соединения в условиях знакопеременных температур.

Поставленная задача решается тем. что рупорный излучатель состоит из трубы с раструбом и фланца, при этом трубу из углепластика соединяют с помощью клея с металлическим фланцем, предназначенным для крепления излучателя, имеющим наружную охватываемую поверхность с сечением, по форме идентичным сечению трубы, но с меньшими размерами, при которых образуется по контуру зазор между этими деталями, равный предполагаемой толщине сетчатой основы и клея, и внутреннюю поверхность так, что внутренняя поверхность фланца и внутренняя поверхность раструба принадлежат теоретической (расчетной) поверхности излучателя, а также тем, что склеивание деталей, охватывающих одна другую, при котором производят подготовку поверхностей соединяемых деталей, между которыми помещают сетчатую основу - шнур-чулок из металлонитей, поверх которой наносят слой клея, совмещают и фиксируют детали, осуществляют так, что место соединения подматывают нитями, пропитанными клеем, с натяжением, необходимым для плотного прилегания деталей, при этом на охватывающей детали - трубе - предварительно выполняют продольные прорези длиной, меньшей или равной, чем длина трубы до начала раструба.

Заявляемый рупорный излучатель изготавливается следующим образом.

Изготавливают трубу с раструбом 1 необходимого сечения из углепластика известными приемами формообразования на оправке. На трубе выполняют продольные прорези 5. Изготавливают фланец 2 необходимой конфигурации. Производят подготовку соединяемых поверхностей деталей известными приемами обезжиривания. На охватываемую поверхность фланца в качестве тепло- и электропроводной сетчатой основы надевают металлотрикотажный шнур-чулок 3 и фиксируют его от сползания, затем наносят клей. Детали совмещают на оправке таким образом, что внутренняя поверхность фланца и внутренняя поверхность раструба принадлежат теоретической поверхности излучателя. Затем при помощи этой оправки детали фиксируют. На наружную поверхность трубы в месте соединения устанавливают бандаж 4 из нитей, пропитанных клеем, при этом нить наматывают с натяжением, необходимым для плотного прилегания деталей. После отверждения клея сборочную единицу снимают с оправки. Выступающий во внутреннюю полость излучателя шнур-чулок обрезают.

Повышение качества клеевого соединения деталей и прочности этого соединения в условиях знакопеременных температур достигается за счет того, что охватывающая деталь - труба, имеющая продольные прорези на цилиндрическом участке, стягивается бандажом из нитей, пропитанных клеем, при этом обеспечивается лучшее прилегание деталей друг к другу и практически отсутствует вероятность непроклея. Также продольные прорези повышают прочность соединения деталей в условиях знакопеременных температур, так как охватывающая деталь может свободно деформироваться.

Испытания заявляемого рупорного излучателя показали, что использование углепластикового раструба вместо металлического обеспечивает требуемые радиотехнические характеристики. Клеевое соединение деталей выдержало нагрузку 5000 Н (500 кгс), при этом разрушения клеевого соединения не обнаружено. В ходе испытания на термоциклирование (±150°С) разрушений (трещин, расслоений и сколов углепластика, трещин и отслоений клеевого соединения) не отмечено [6].

Слабонаправленная волноводная антенна (патент РФ № 2500057).

Изобретение относится к антенной технике, в частности к слабонаправленным волноводным антеннам диапазонов сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких (КВЧ) частот. Технический результат - улучшение диаграммы направленности. Слабонаправленная антенна содержит круглый металлический волновод, дополнена экраном в виде проводящего усеченного обратного конуса. На внешнюю поверхность экрана нанесено полимерное покрытие, параметры которого определяются условиями размещения антенны. Плоскость малого основания усеченного обратного конуса совпадает с плоскостью открытого конца волновода, большое же основание расположено сзади от открытого конца волновода. По оси проводящего усеченного обратного конуса выполнено отверстие для установки волновода. Диаметр этого отверстия равен внешнему диаметру волновода. Антенна проста в изготовлении, имеет ШДН _0,3, близкую к 90°. Коническая форма антенны с плавно увеличивающимся назад от раскрыва поперечным размером позволяет удобно вписываться в аэродинамически выгодные или целесообразные с точки зрения компоновки, близкие к уголковым радиопрозрачные обтекатели ЛА или устанавливать антенну в открытом потоке.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к слабонаправленным волноводным антеннам диапазонов сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких (KBЧ) частот.

Целью настоящего изобретения является разработка максимально простой в изготовлении слабонаправленной антенны на основе круглого волновода, имеющей ШДН_0,3, близкую к 90°, которую можно легко устанавливать в тесных крыльевых радиопрозрачных обтекателях ЛА или в открытом потоке.

Поставленная цель достигается тем, что слабонаправленная антенна, содержащая круглый металлический волновод, дополнена экраном в виде проводящего усеченного обратного конуса. На внешнюю поверхность экрана нанесено полимерное покрытие, параметры которого определяются условиями размещения антенны. Плоскость малого основания усеченного обратного конуса совпадает с плоскостью открытого конца волновода, большое же основание расположено сзади от открытого конца волновода. По оси проводящего усеченного обратного конуса выполнено отверстие для установки волновода. Диаметр этого отверстия равен внешнему диаметру волновода.

Антенна предельно проста в изготовлении, требуется только токарная обработка, а покрытие наносится методом прессования.

Таким образом, разработана максимально простая в изготовлении слабонаправленная антенна на основе круглого волновода, коническая форма которой с плавно увеличивающимся назад от раскрыва поперечным размером позволяет удобно вписываться в аэродинамически выгодные или целесообразные с точки зрения компоновки близкие к уголковым радиопрозрачные обтекатели ЛА или устанавливать антенну в открытом потоке.

Антенны данной конструкции экспериментально проверены и могут быть использованы в составе приемного модуля амплитудного пеленгатора [7].

Зеркально-рупорная антенна (патент РФ № 2514128).

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат - повышение КПД и разрешающей способности зеркально-рупорной антенны. Зеркально-рупорная антенна содержит планарное зеркало, выполненное в виде верхней, нижней и средней металлических пластин, установленных параллельно друг другу, и параболического цилиндра, который выполнен из металла и установлен между нижней и верхней пластинами и имеет с ними гальванический контакт, а его ось перпендикулярна плоскостям указанных пластин, средняя пластина имеет кромку, расположенную между параболическим цилиндром и его фокусом, причем зазор между кромкой и параболическим цилиндром имеет постоянную ширину; облучатель, установленный между нижней и средней пластинами и выполненный в виде, по крайней мере, одного возбудителя и стенки, выполненной из металла и установленной между нижней и средней пластинами перпендикулярно им, стенка установлена также перпендикулярно плоскости симметрии направляющей параболического цилиндра, верхняя и средняя пластины выполнены с прямолинейными кромками, перпендикулярными плоскости симметрии направляющей параболического цилиндра и расположенными на расстоянии от вершины направляющей параболического цилиндра, превышающем его фокусное расстояние; излучатель, выполненный в виде двух прямоугольных металлических пластин, кромки которых соединены с прямолинейными кромками верхней и средней пластин, причем плоскости прямоугольных пластин имеют линию пересечения, расположенную между верхней и средней пластинами.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве антенны радиолокационной или связной системы.

Зеркальные антенны широко используются в различных радиотехнических системах. К числу их достоинств относятся простота конструкции, высокий коэффициент полезного действия (КПД), возможность реализации высокого коэффициента усиления (КУ), а также возможности реализации диаграмм направленности (ДН) специальной формы. Это ДН косекансной формы, веерные ДН, а также суммарно разностные ДН, которые находят широкое применение в радиолокационных системах.

Предлагаемое изобретение нацелено на получение технического результата, выражающегося в расширении полосы рабочих частот, в уменьшении УБЛ ДН, формировании ДН веерного типа с большим отношением ширин главного луча в двух ортогональных плоскостях, а также создании суммарно-разностных ДН в двух ортогональных плоскостях. Получаемый технический результат выражается в повышении КПД и повышении разрешающей способности зеркально-рупорной антенны.

Предлагаемая зеркально-рупорная антенна, содержащая планарное зеркало, облучатель и излучатель, причем планарное зеркало выполнено в виде верхней, нижней и средней металлических пластин, которые установлены параллельно друг другу, и параболического цилиндра, который выполнен из металла и установлен между нижней и верхней пластинами, и имеет с ними гальванический контакт, а его ось перпендикулярна плоскостям указанных пластин, средняя пластина установлена между верхней и нижней пластиной и имеет кромку, расположенную между параболическим цилиндром и его фокусом, причем зазор между кромкой и параболическим цилиндром имеет постоянную ширину, облучатель установлен между нижней и средней пластинами. Особенностью предлагаемого изобретения является решение следующих задач:

- расширение полосы рабочих частот;

- уменьшение УБЛ ДН;

- формирование ДН веерного типа с большим отношением ширин главного луча в двух ортогональных плоскостях;

- создание суммарно-разностных ДН в двух ортогональных плоскостях.

Эти задачи решаются за счет того, что с целью уменьшения уровня боковых лепестков диаграммы направленности и формирования диаграммы направленности веерного типа с большим отношением ширин главного луча в двух ортогональных плоскостях облучатель выполнен в виде, по крайней мере, одного возбудителя и стенки, выполненной из металла и установленной между нижней и средней пластинами перпендикулярно им, стенка установлена также перпендикулярно плоскости симметрии направляющей параболического цилиндра, верхняя и средняя пластины выполнены с прямолинейными кромками, перпендикулярными плоскости симметрии направляющей параболического цилиндра и расположенными на расстоянии от вершины направляющей параболического цилиндра, превышающем его фокусное расстояние, излучатель выполнен в виде двух прямоугольных пластин, выполненных из металла, кромки которых соединены с прямолинейными кромками верхней и средней пластин, причем плоскости прямоугольных пластин имеют линию пересечения, расположенную между верхней и средней пластинами.

Антенное устройство, воплощающее заявленное изобретение, позволяет реализовать следующий технический результат: получить ДН с низким УБЛ в двух главных плоскостях, создать главный луч ДН с большим отношением ширин в двух главных плоскостях, создать ДН суммарно-разностного типа в двух основных плоскостях[7].

Механическая обработка

Процесс изготовления рупор состоит в следующем: изготавливаем коническую оправку из заготовки материала 40Х13, размеры которого соответствуют внутренней полости рупора, что может обеспечить формирование его сечения с заданной точностью. Точим шайбы и кольца, размеры которого соответствуют геометрическим размерам ребер и пазов. Ребра модели рупорной антенны должны быть из электропроводного материала поэтому они формируются из медных колец М1 с точностью 0,02 мм и шероховатостью 0,2 … 0,16 мкм, а пазы формируются из алюминиевых колец АМГ-6 так как этот материал может легко удалятся. Дальше идет сборка колец на оправке, а затем газотермическим напыление наносят рабочий слой 0,8 - 1,0 мм медным порошком ПМС–1 ГОСТ 4960-75 с фракцией 50 - 75 мкм. Затем происходит травление алюминиевых колец раствором с содержанием щелочи 300 г/л, промывка и контроль.

Из процесса мы видим, что для изготовления рупора нам необходимо: изготовить оправку и точить кольца, которые будут достигаться обработкой резаньем, а необходимая шероховатость достигается за счет полировки рабочей поверхности.

При изготовлении рупора будут применятся следующие основные методы обработки заготовки резаньем: точение, сверление. А при точении колец точение и полировка.

1.3.1 Точение обычно подразделяется на черновое, получистовое, чистовое и тонкое (алмазное). При черновом точении снимают большую часть общего припуска и напуск с приданием заготовке формы, приближающаяся к форме детали. Достигается при этом точность: 12 – 14 квалитет, шероховатость – Rz = 60... 200 мкм. Получистовое точение позволяет получить точность: 10 – 12 квалитет, шероховатость – Rz = 10 … 80 мкм. Чистовое точение проводят обычно резцами при больших скоростях резанья и малых подачах или широкими резцами при малых скоростях резания (V = 2 … 10 м/мин) и больших подачах S до 20 мм/об. Оно позволяет получить 8 – 10 квалитеты точности, шероховатость – Rа = 0,8 … 2,5 мкм. Тонкое (алмазное) точение проводится алмазными резцами или резцами, оснащенными твердым сплавом или керамикой, при высоких скоростях резанья (V = 800 … 1000 м/мин) и малых подачах (S = 0,03 … 0,08 мм/об). Оно позволяет обеспечить 6 – 7 квалитет точности и шероховатость Ra = 0,1 … 0,6 мкм. Тонкое (алмазное) точение, как правило, применяется для отделочной обработки деталей из цветных металлов и сплавов (бронзы, латуни, алюминиевых сплавов и т.п.) и для деталей из высокопрочных чугунов и закаленных сталей [8].

Точение выполняется резцом на токарном станке. В процессе обработки заготовке сообщается вращательное движение, а резцу - медленное поступательное перемещение в продольном или поперечном направлении.

Для повышение производительности труда при точении наружных поверхностей вращения применяется многорезцовая обработка.

1.3.2 Сверление используется для образование отверстий в сплошном металле. Отверстия диаметром больше 30 мм в сплошном материале сверлят двумя сверлами, т.е. производят сверление и рассверливание.

Для сверления глубоких отверстий применяют пушечные сверла. Для больших диаметров целесообразно использовать кольцевые.

Сверление и рассверливание позволяет получить 11 – 12 квалитет и Rz = 30 … 80 мкм.

При изготовлении отверстий по 8 – 10 квалитету точности и Rа = 1,2 … 3,0 мкм после сверления применяют зенкерование.

При необходимости получения точности отверстия до 4 – 5 квалитета и шероховатости Rа = 0,3 мкм применяют развертывание, причем черновое развертывание позволяет получить: 8 – 9 квалитеты точности и Rа = 1,2 … 2,0 мкм, чистовое развертывание: 6 – 7 квалитеты точности и Rа = 0,6 … 1,2 мкм и тонкое развертывание: 4 – 5 квалитет и Rа = 0,3 … 0,6 мкм.

При крупносерийном и массовом производстве сверление, зенкерование и развертывание отверстий обычно производится на токарных, сверлильных или токарно-револьверных станках.

В единичном, мелкосерийном и серийном производстве используют вертикально-сверлильные или радиально-сверлильные станки.

1.3.3 Полирование, как правило осуществляется мягкими кругами (войлок, фетр, парусина, кожа) с нанесением на них мелкозернистыми абразивными ли алмазными порошками смешанные со смазкой. Для обработки наружных поверхностей вращения вместо кругов широко используются полировальные ленты. Достигаемая шероховатость – Ra = 0,05 мкм. Точность и погрешность формы определяются предварительной обработкой.

В последнее время в полировании, а иногда и шлифование наружных поверхностей вращения применяют и магнитно-абразивную обработку. Точность размеров при ней определяется предшествуюшей обработкой, достигаемая шероховатость – Ra = 0,16 мкм.

 

 

Газотермическое напыление

При изготовлении ребристого рупора нам необходимо достичь высокую точность геометрических размеров и малую шероховатость рабочей поверхности. Эти требования достигаются за счет использования метода наплавки – газотермическое напыление.

Газотермическое напыление – это получение покрытия из нагретых и ускоренных частиц напыляемого материала с применением высокотемпературной газовой струи, при соударении которой с основой или напыленном материале происходит их соединение за счет сварки, адгезии и механического сцепления [9].

Покрытия, получаемые газотермическим напылением, имеют разное назначение. Они могут восстанавливать геометрические размеры изношенных деталей, повышать твердость и износостойкость поверхностных слоев изделий, придавать поверхности металла антикорризинные свойства, повышать жаростойкость стали, защищать металл от действия агрессивных сред. Для указанных целей применяют черные, цветные, тугоплавкие металлы и твердые самофлюсующиеся сплавы.

Существуют следующие виды напыления в зависимости от способа нагрева:

· Газопламенное – напыляемый материал расплавляется газовым пламенем;

· Дуговая металлизация – напыляемый материал расплавляется электрической дугой;

· Плазменное – напыляемый материал расплавляется плазменной струей.

Одной из наиболее важных особенностей процессов газотермического напыления является относительно слабый нагрев обрабатываемой поверхности, что исключает возможность изменения структуры материала напыляемого изделия, возникновения деформации и изменения его размеров.

В нашем случае напыление будет происходить плазменным методом так как нам необходимо что бы при нанесении покрытия поверхность куда ее наносят не расплавлялась.

Плазменная струя – это частично или полностью ионизированный газ, обладающий свойством электропроводности и имеющий высокую температуру.

Различают высоко- и низкотемпературную плазму. Первая практически ионизирована, и ее электронная температура оценивается в сотни тысяч и более градусов. Низкотемпературная плазма, с температурой в несколько тысяч или десятков тысяч градусов, ионизирована частично и содержит значительную часть нейтральных частиц.

Сущность плазменного напыления заключается в том, что в низкотемпературную плазменную струю подается распыляемый материал, который нагревается, плавится и в виде двухфазного потока направляется на подложку. При ударе и деформации происходит взаимодействие частиц с поверхностью основы или напыляемым материалом и формирование покрытия.

Напыление с помощью низкотемпературной плазмы позволяет:

– покрывать изделия из самых разнообразных материалов, включая материалы, не терпящие термообработки в печи (стекло, фарфор, дерево, ткань);

– обеспечить равномерное покрытие как на большой площади, так и на ограниченных участках больших изделий;

– значительно увеличить размеры детали (восстановление и ремонт изношенных деталей). Этим методом можно наносить слои толщиной в несколько миллиметров;

– легко механизировать и автоматизировать процесс напыления;

– использовать различные материалы: металлы, сплавы, окислы, карбиды, нитриды, бориды, пластмассы и их различные комбинации; наносить их в несколько слоев, получая покрытия со специальными характеристиками;

– практически избежать деформации основы, на которую производится напыление;

– обеспечить высокую производительность нанесения покрытия при относительно небольшой трудоемкости;

– улучшить качество покрытий. Они получаются более равномерными, стабильными, высокой плотности и с хорошим сцеплением с поверхностью детали.

Подготовка напыляемых материалов

Перед использованием напыляемые металлические материалы необходимо просушить или прокалить. Эту операцию следует проводить в сушильном шкафу или печи в течение 2 5 часов при температуре 200 600 С. Порошки рассыпают на противнях тонким слоем (20 25 мм), периодически перемешивают. Просушка позволяет удалить из порошка гидратную и гигроскопическую влагу источник диффузионного водорода, который вызывает повышенную пористость покрытия и появление трещин в покрытии.

Травление

При изготовлении рупора нам необходимо удалить алюминиевые кольца после газотерического напыления, которые образуют пазы в полости рупора.

Удаление с поверхности металлов окислов, ржавчины и окалины в растворах кислот, солей или щелочей называется травлением. Травление осуществляется химическим и электрохимическим способами.

Химическое травление стальных изделий выполняется путем погружения изделий в раствор серной или соляной кислот. При погружении изделия в растворы кислот во взаимодействие с ними вступают не только имеющиеся на поверхности металла окислы, но и металлическое жел