Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Справочник по пайке

..pdf
Скачиваний:
59
Добавлен:
13.11.2023
Размер:
24.48 Mб
Скачать

Паяные соединения внахлестку целесо­ образно рассчитывать из условия равнопрочности [16]:

а*Т4 =

)р ■

(82)

где а - длина нахлестки в паяном соединении, м; с - толщина конструкционного материала,

м; xj4 - прочность паяного соединения (при­

поя) на срез при температуре ТА, Па; ((Тв4)р -

предел прочности конструкционного материа­ ла при той же температуре с учетом разупроч­ нения в результате пайки, Па.

Показатели прочности, входящие в выра­ жение (82), обычно получают эксперименталь­ ным путем. Однако при моделировании для этой цели может быть использована зависимость

t crJ = 0,386(р

exp (-4,866*2), (83)

где ср = 0,6 0,7, а остальные параметры оп­ ределяются по аналогии с выражением (80) и

(с.г* )р = 0,386 Л,7] ехр (-4,866*4), (84)

где Г| - температура начала плавления конст­ рукционного материала, К; А\ - коэффициент, определяемый по аналогии с А0; КА= ТА/Т\.

После подстановки (83) и (84) в (82) и преобразований с учетом (56) получим

а = - = Л|* 2 е,.ш(к2-кл)

(85)

сч>А0Ка

где а - относительная нахлестка; с - толщина материала.

Полученное в общем виде условие равнопрочности паяных соединений внахлестку ока­ зывается вполне удовлетворительным, если

2 < а < 10 ,

(86)

о,з qt qs qe q? qs qs к2

Рис. 8. Зависимость относительной нахлестки а от коэффициентов Къ К3и КА

сплава [16]. Эффект разупрочнения при пайке алюминиевых сплавов (охлаждение на воздухе) можно оценить по выведенным на основе об­ работки экспериментальных данных [6] фор­ мулам:

для сплавов типа АМц и АЛ4 при 480 < h < 540 °С

(<т?3)р >0,25(Зст7+о°);

(87)

для сплавов типа Д16АТ и АК6 при 480 <t2<>520 °С

(<т.93)р^0,5 (а” + а°),

(88)

где (<rj93)p - предел прочности сплава при

ТА = 293 К, разупрочненного частичным отжи­

гом при пайке, МПа; а™ - предел прочности

сплава (при той же температуре) в исходном состоянии, т.е. термоупрочненного закалкой и

старением, МПа; ст° - предел прочности спла­

ва в отожженном состоянии, МПа.

что хорошо согласуется с технологическими особенностями выполнения соединений этого типа.

Зависимость (85) также может быть ис­ пользована для совместных решений с выра­ жениями (12), (55), (56) и (86). Графически она представлена на рис. 8 при условии, что ф = 0,65 и А0 = А,.

Влияние температуры пайки t2 на проч­ ность изделия особенно заметно в случае при­ менения термообрабатываемых материалов. Эффект разупрочнения зависит от степени рассогласования режимов пайки и термической обработки, а также от степени термоупрочнения

О 700 Z00 300 400 300 600 700 т^к

Рис. 9. Зависимость предела прочности сплава Д16АТ от температуры пайки f2 (°С)

и эксплуатационной температуры Г4 (К)

Совместное влияние температуры пайки t2 (°С) и эксплуатационной температуры ТА(К)

на предел прочности ств4 сплава Д16АТ (7^ =

= Г, = 830 К) показано на рис. 9, где точками нанесены экспериментальные данные, а ли­ ниями - результаты расчета по формуле (84).

Условие выносливости. Способность материала конструкции, в том числе и паяных соединений, сопротивляться усталостному разрушению получила название выносливости. Это свойство обычно оценивается пределом выносливости или числом циклов, необходи­ мых для разрушения при некотором значении амплитуды напряжений, превышающем предел выносливости [5].

Условие выносливости паяного изделия соблюдается, если во всем диапазоне эксплуа­ тационных температур ТА справедливы соот­ ношения

и а;(Г 4) < < ( Г 4, У ) , (89)

где а а и а* - переменные напряжения устало­

стного цикла нагружения или амплитуды цик­ лических напряжений в материале конструк­ ции и соответственно в паяном соединении,

Па; а ши - пределы выносливости (т.е. не­

которые константы) материала конструкции и соответственно паяного соединения, работаю­ щих преимущественно на изгиб, Па; N и N* - числа циклов до разрушения соответственно материала конструкции и паяного соединения, на базе которых определяются пределы вынос­ ливости.

В общем случае справедливы выражения:

°а(ТА)* с 'а(ТАУ,

а (0(Г4,У ) ^ а ;( Г 4,У ) ;

 

N * N'

(90)

Необходимая

при моделировании

связь

между допускаемыми значениями ста (или а* )

и а в при умеренных температурах может быть установлена с помощью приближенной формулы

=

l k + Y . O - Л ) ] . (91)

О.

I

О ,)

где а в - предел прочности при растяжении, Па; от - среднее напряжение усталостного цикла нагружения, т.е. полусумма максимального сттах и минимального a min напряжений в конст­ рукции, Па; Аьи ув - коэффициенты, зависящие

от природы материала или паяного шва и па­ раметров цикла нагружения.

Расчеты по (91) могут производиться (при отсутствии концентраторов напряжений) при следующих значениях коэффициентов Аьи ув:

для сталей

_

1 + 0,0038л4

 

в “

1 + 0,0008л4

 

для алюминиевых сплавов

 

х t

0,0031л24

 

А _ I+

1 + 0,064и4

 

в

1 + 0,0031л4

 

где

 

п = In N,

(94)

 

 

причем обычно

 

 

 

105<SW<108; 5 <кп <8.

(95)

Для изделий кратковременного примене­ ния граничные значения N можно снизить на

один порядок, т.е. принять

 

10*<W<;107 и 4 £ и £ 7.

(96)

Значения оа и отсвязаны коэффициентом асимметрии цикла R, под которым понимают отношение минимального напряжения к мак­

симальному

 

^ _ ^min _ ®т

(97)

СТтах CT/n+a a

 

При симметричном цикле, когда ат = 0 и Д = -1,

предел выносливости стш(или

) обозначает­

ся a_i (или ст* j ).

 

Предел выносливости ст_! и

для раз­

личных конструкционных материалов и пая­ ных соединений определяют экспериментально [5, 15, 17]. Однако имеются многочисленные рекомендации по расчету с использованием механических свойств и теплофизических кон­ стант материалов, таких, как предел прочности (91), предел текучести, твердость, теплота и температура плавления и др. В результате оценки характера связи между пределом вы­ носливости и пределом прочности материалов

сучетом изменения температуры установлено:

1. При комнатной температуре ТА= 293 К отношение предела прочности к пределу вы­ носливости, т.е.

C = a B/a_,,

(98)

изменяется для разных сплавов в широких пре­ делах, а именно от 1,67 до 3,7. Однако для всех сталей, температура начала плавления которых достаточно стабильна (Т\ = 1720 ± 50 К), при комнатной температуре, т.е. при КА= 0,165 0,175, имеет место устойчивое равенство: С = 2.

• 2. При температурах ниже комнатной, т.е. при КА< 0,165, значение С для сталей не­ сколько снижается.

• 3. С повышением температуры предел выносливости сталей и других сплавов, как и при комнатной температуре, довольно тесно связан с пределом прочности при растяжении, причем значение С сначала возрастает, дости­ гая максимума при КА> 0,5, а затем снижается, приближаясь к единице при КА-> 1.

Эти положения позволяют рассматривать критерий С для разных сплавов при одинако­ вых гомологических температурах КАу полагая, что при КА= \ С= 1.

Проверка данной гипотезы проведена на примере сопоставления <тв(Г4) и с.\(ТА) для коррозионно-стойких и жаропрочных паяе­ мых сталей, в результате найдена зависимость 1пС = / (КА), графически представленная на

Рис. 10. Зависимость In С от К4для коррозионностойких и жаропрочных сталей

рис. 10 (точками обозначены экспериментальные данные, а линии - результат аппроксимации).

На основе рис. 10, как и при определении коэффициента^, получаем зависимости:

С= ехр(0,5 + 0,81Кл) при 0 <>КА<i 0,175;

С= ехр(0,62 + 0,1а)

при 0,175 <КА<0,581;

{

С = ехр(1,65 - 1,65/С4)

при 0,581 < КА< 1.

3. Расчетные и экспериментальные значения предела выносливости для коррозионностойких и жаропрочных сталей

 

 

 

 

Эксперимент

Расчет по формулам

Погреш ­

Сталь (марки СШ А

 

КА

 

 

 

Л , К

 

 

, МПа

 

ность ± х,

и отечественные)

Ощ* , МПа

(98) и (99) ст?1, МПа

 

 

 

%

 

 

 

 

N = 107

и

 

 

304

293

0,175

1475

-

785

777

- 1 ,0

-

304

195

0,117

1700

880

937

+6,5

304

77

0,046

2110

-

1070

1230

+14,9

322

293

0,175

1270

-

660

668

+1,2

322

195

0,117

1400

-

865

773

-1 0 ,6

322

77

0,046

1700

-

ИЗО

993

-12,1

448

293

0,175

1050

495

560

553

-1 ,3

448

573

0,342

895

401

453

461

+1,8

448

673

0,402

880

353

398

451

+13,3

448

773

0,462

760

274

310

387

+24,8

448

873

0,521

570

212

240

286

+ 19,2

2X13

293

0,175

711

375

405

374

-7 ,7

2X13

573

0,342

657

277

313

338

+8,0

2X13

773

0,462

534

255

288

272

-5 ,6

2X13

823

0,491

455

195

220

231

+5,0

12Х18Н9Т

293

0,175

540

250

250

284

+13,6

13Х14НЗВ2ФРА

773

0,462

920

483

548

469

-1 4 ,4

1Х12Н2ВМ Ф

823

0,491

800

422

458

406

- н , з

ХН62М ВКЮ

1173

0,702

560

285

330

342

+3,6

Х13НЗВФЛ

293

0,175

900

415

468

474

+1,3

Х13НЗВФЛ

673

0,402

780

330

372

400

+7,5

Х13НЗВФЛ

823

0,491

520

290

290

264

-9 ,0

Результаты проверки справедливости за­ висимостей (99) и (98) для американских (№ 304, 322, 448) и отечественных сталей, а также для никелевого сплава ХН62МВКЮ в широком диапазоне температур приведены в табл. 3. Экспериментальные данные для этих целей заимствованы из работ [5, 15].

Как видно из табл. 3, в 90 % случаев рас­ чета по полученным формулам имеются по­ грешности не более ± 15 %, что можно при­ знать вполне удовлетворительным для постав­ ленных целей.

С учетом изложенного выше для модели­ рования условия выносливости можно реко­ мендовать следующий общий метод восполне­ ния недостающей информации о пределе вы­ носливости. Если для заданного сплава требу­ ется выяснить непрерывную температурную

зависимость a_i(r4) или а * (Г4), когда извест­ ны лишь отдельные экспериментальные значе­ ния а_ь полученные на некоторой базе У, то необходимо сопоставить их со значениями

по формуле (98) при соответствующих гомо­ логических температурах и определить зави­ симость In С = f(K 4) типа (99) по аналогии с изложенными выше приемами.

Проверка этого общего метода проведена на примере анализа свойств стали 09X15Н8Ю. Экспериментальные значения а в и а_i на базе 106 циклов заимствованы из работы [5]. Для расчета зависимостей а [4 и а?4, при принятом

Т{ = 1723 К получены следующие формулы: Л, = ехр (1,02 + 3,08Кл) при 0 < КА<>0,170;

Ах= ехр(8,96КА) при 0,170 <; К4 <, 0,275;

А] = ехр (2,0 +1,68А'4) при 0,275 < К4 £ 0,430; /1, = ехр (4,77 - 4,77К4) при 0,430 <; К4 < 1,0; >

С= ехр (0,5 +1,56К4) при 0 < К4 < 0,170;

С= ехр (0,8 - 0,18КА) при 0,170 < К4 < 0,581;

С = ехр (1,66-1,66Х4) при 0,581 £ КА<1,0.

( 100)

Совместное решение выражений (84), (100) и (98) представлено искомыми кривыми на рис. 11. Точками здесь обозначены соответ­ ствующие экспериментальные данные. Смеще­ ние одной точки (Т4 = 21 К) объясняется из­ вестной аномалией свойств стали 09X15Н8Ю в области, близкой к абсолютному нулю.

бя’, б- i , МПа

Рис. 11. Зависимость предела прочности и предела выносливости (TV = 106) стали 09Х15Н8Ю от тем­ пературы Т4по данным расчета и эксперимента

Условие пластичности. Наиболее рас­ пространенной характеристикой пластичности является относительное удлинение материала при разрушении 5.

Минимально допускаемым значением от­ носительного удлинения для материалов со­ временных конструкций можно считать

6Д0П>(1 5) %. (101)

Это требование можно предъявить и к паяным соединениям. Однако как в тех случа­ ях, когда жесткость паяных соединений выше жесткости элементов конструкции, например в соединениях внахлестку из тонколистовых материалов, допускаемое удлинение материала

шва 6*оп может быть несколько меньше и со­ ставлять

5;ОП^(0,5 1)%. (102)

Относительное удлинение определяют экспериментально. Наряду с этим предлагают­ ся расчетные методы определения 6. Так, Г. К. Щербак рекомендует следующую формулу:

85 = * — ,

(ЮЗ)

о .

 

где б5 - относительное удлинение,

определяе­

мое при отношении длины образца к диаметру, равном 5, %; к - коэффициент, зависящий от природы материала; а„ - ударная вязкость; с в - предел прочности.

Выражение (103) справедливо для конст­ рукционных сталей в области умеренных тем­ ператур. Установлено, что коэффициент к свя­ зан с ударной вязкостью стали выражением

к = к0/ а н,

(104)

где ко - константа, характеризующая особенно­ сти той или иной марки стали. В частности, для стали 20 ко = 1200, для стали 40Х ко = 1500.

В общем случае относительное удлине­ ние связано со средней скоростью ползучести 6 (%/ч) и временем до разрушения т следую­

щим соотношением [16]:

 

6 = ёт

(105)

В свою очередь, ё зависит от напряже­

ния ст и температуры Т4:

 

ё = ст0стп,

(106)

где а 0 и п - коэффициенты, зависящие от тем­ пературы и природы сплава.

При подстановке выражения (106) в фор­

мулу (105) получаем

 

 

5 = ст0тст"

(107)

В диапазоне 500

800 °С

показатель

степени п для перлитных и аустенитных сталей изменяется от 4,6 до 15,5. В частности,

для стали

Х16Н25М6

при

700

°С п

= 9 и

in-14

%

 

в

этом

случае

ст0 =10

---------- , поэтому

 

МПа - ч

 

 

 

 

выражение примет вид 5 =

10"|3та9

Отсюда

следует, что, например,

при

ст = 1,52

МПа и

т = 600 ч 6 = 2,4 %, что означает возможность хрупкого разрушения изделий. При ст = 3,88 МПа и т = 1 ч 6 = 15,8 %, что свидетельствует о дос­ таточной пластичности сплава и отсутствии опасности хрупкого разрушения.

С повышением температуры показатель степени п заметно снижается, что согласно (107) означает уменьшение пластичности и возможность хрупкого разрушения при срав­ нительно высоких скоростях ползучести, или при малой продолжительности эксплуатации изделия.

Зная характер зависимости п и ст0 от Т4, можно произвести учет влияния последней, в соответствии с формулой (107), на относитель­ ное удлинение и дать количественную оценку согласно выражениям (101) и (102) принятому конструктивно-технологическому решению для соблюдения условия пластичности.

Условие коррозионной стойкости и старения. С течением времени под действием агрессивных сред прочность паяных соедине­ ний изменяется [14]. Если эти изменения про­ исходят с той же или меньшей интенсивно­ стью, что и в материале конструкции, то можно считать их приемлемыми. Используя выраже­ ние (82), условие коррозионной стойкости

dip

d\\i

dx

dx

 

V - V К т. т $ ].

 

(108)

где ф и у - характеристики разупрочнения конструкционного материала и соответственно паяных соединений; W - фактор, характери­ зующий природу окружающей среды; т - время.

Для изделий, работающих при повышен­ ных температурах в окислительной среде, со­ гласно формуле (108), должна быть проверена прежде всего сопротивляемость паяных швов газовой коррозии. Изучение кинетики окисле­ ния металлов и сплавов показывает, что ско­ рость их окисления во времени определяется линейной, параболической или логарифмиче­ ской зависимостью и соответственно выража­

ется следующими уравнениями [16]:

 

 

* = *■ т;

(Ю9)

 

в* = *»т;

(НО)

g = *3lg (a T + l),

(111)

где g - количество

вступившего в

реакцию

кислорода; т -

продолжительность

процесса

окисления; кь к2, £3 и a - константы.

 

Константы

kj

характеризуют

скорость

процесса окисления и являются основными его параметрами. Для большинства процессов окисления металлов и сплавов эти константы определяют по уравнению Аррениуса

к = AQ QX P [ - Q / ( R T 4)] ,

( 1 1 2 )

где А0 - постоянная; Q - энергия активации

реакции окисления; R - газовая

постоянная;

Т4 - эксплуатационная температура. Наилучшими защитными свойствами об­

ладает окисная пленка на металлах и сплавах, процесс окисления которых происходит по логарифмическому закону (111). В этом случае на поверхности металла образуется только один окисел постоянного состава; окисная пленка плотная и непроницаемая. Диффузия атомов металла или кислорода через такую пленку затруднена. Пленка практически защи­ щает металл от дальнейшего окисления [16].

По логарифмическому закону медь окис­ ляется при температуре ниже 140 °С, железо - ниже 200 °С, цинк - ниже 225°, марганец - ниже 290 °С. Подобным образом окисляются многие жаростойкие стали и сплавы. Так, на­

пример, сталь 12Х25Н16Г7АР окисляется при Г4 = 1273 К по уравнению

 

Ag = 2,3

lg т - 0,41,

(113)

где Ag -

«привес» материала за счет окисления,

г/м2; т -

время, мин.

 

 

Полагая, что преобладающей фазой в по­

следнем

случае будет

двойной окисел

типа

шпинели FeCr20 4 с соотношением массовых частей металлов и кислорода 2,5:1, можно по­ казать, что, например, за т = 10 мин расчетная толщина элементов изделия из стали 12Х25Н16Г7АР согласно формуле (113) уменьшается на 1,3 %. Но если учесть, что с повышением температуры Г4 до 1673 К ско­ рость окисления возрастает в несколько раз, необходимо ограничить срок службы такого изделия либо увеличить толщину его элемен­ тов по сравнению с расчетной.

Рассматривая старение изделий как наи­ более общий процесс изменения рабочих свойств материала и паяных швов на стадиях хранения, транспортирования и применения по назначению, включая все виды коррозии, целе­ сообразно считать выражения (108) - (113) как частные случаи основного уравнения старения

\пР = \пР0 Че"^/е,

(114)

или после логарифмирования и разрешения относительно т в форме

1пт = ln(ln/>0 -\n P ) - \n k '+ Q

/e , (115)

где Р - мгновенная прочность; Р0 -

начальная

прочность; к" - функция природы и концен­ трации реагирующих веществ, а также кон­ станты к\ зависящей от свойств материала, и константы ко, характеризующей размер дефек­ та; т - длительность старения; Q - энергия ак­ тивации; е - энергия реакции.

Из анализа уравнения (114) видно, что при постоянстве внешней среды прочность изделий уменьшается со временем по экспо­ ненциальному закону. Срок службы т изделия до достижения заданной прочности обратно пропорционален концентрации агрессивной среды. Как видно из (115), логарифм долговеч­ ности изделия, отвечающей определенному значению прочности, прямо пропорционален энергии активации и обратно пропорционален энергии реакции.

Условие долговечности. Свойство изде­ лия сохранять работоспособность (с возмож­

ными перерывами для технического обслужи­ вания и ремонта) до разрушения или другого предельного состояния получило название долговечности [9].

Долговечность паяных соединений дос­ тигается, если соблюдаются следующие соот­ ношения:

т ^ т 0; т*р £ т р; т;р г>тпр,

(116)

где TJ, т;, т*р - соответствующие характери-

стики долговечности, относящиеся к паяным соединениям.

Значения т0, тр и тпр определяются прежде всего технико-экономическими требованиями, однако их значения уточняют при испытаниях.

Оценивая характеристики долговечности изделий по усталостным явлениям в материале конструкции и паяных соединениях, необхо­ димо обеспечить следующие условия:

М0 <Ыпр[са(ТА)> с ш(ТА))Л

л ^ л г рК ( г ^ > < ( г < ) ] ,|

(117)

где NQ и Ад - числа циклов нагружения мате­

риала конструкции и паяного соединения изде­

лия за период выработки ресурса; Nnp и /V*p -

предельно допускаемые числа циклов нагру­ жения материала конструкции и паяного со­ единения при амплитудах напряжений, превы­ шающих соответствующие пределы выносли­

вости a_i и а!.!, причем в общем случае

*„р + К , и N 0 + N ; .

Для установления связи между Nnpf а_|,

ст0 (Г4) и соответственно УУ*р,а!.,, при

умеренных температурах используют следую­ щую зависимость [16]:

где Q - коэффициент сопротивления металла пластической деформации, МПа • цикл; аа - пе­ ременные усталостного цикла нагружения; о_1 и а_|Т - соответственно предел выносливо­ сти, циклический предел текучести материала конструкции (паяного соединения), МПа.

При оценке фактора долговечности, ис­ ходя из условия пластичности, следует пользо­ ваться выражением (107), решая его относи­ тельно т:

т0 = т = 8/(о 0а " ).

(119)

Наконец, параметры т0, тр, тпр и соответ­ ственно ij, I*, т*р должны быть сопоставлены

сфактором времени, учитываемым в формулах

(108)-(111), (113)-(115). В последнем случае после потенциирования имеем:

*пР = т = ^ 1п7 - еС/Е

(12°)

Отказ изделия согласно (120) произойдет тогда, когда мгновенная прочность снизится до значения приложенной нагрузки. В этом случае долговечность будет исчерпана и надежность станет равной нулю.

Условие надежности. Проблема надеж­ ности технических устройств является одной из центральных.

В качестве одного из основных числовых показателей надежности паяных соединений

можно принять интенсивность отказов X* [7], показывающую, какая доля работающих в мо­ мент времени т паяных соединений выходит из строя в единицу времени. Тогда условие на­ дежности можно записать в виде:

X" <Ху < Ху,

(121)

где Ху - интенсивность отказов паяных узлов

(сборочных единиц, агрегатов) изделия; Ху - интенсивность отказов прочих узлов изделия.

Если для изделия принять Ху = 5 • (10“3

КГ8) ч"1 (при доверительной вероятности а = = 0,95), то выражение (121) получит вид

X* <5*10“8 ч_| и Х*у < 5 -10~3 ч_| (122)

Наиболее достоверным методом опреде­ ления X* является испытание паяных соедине­ ний на работоспособность в условиях экс­

плуатации

в

течение

заданного времени

TJ, т* или

т*р .

Однако

практически это

трудно осуществить, и поэтому прибегают к ускоренным испытаниям на форсированных режимах.

Интенсивность отказов по результатам испытаний вычисляют по формуле:

где п - число отказавших паяных узлов; Ат - интервал времени, для которого вычисляют X*;

N*cp - среднее число исправных паяных узлов

за время Ат.

Из выражения (123) следует, что необхо­ димо обеспечить такие значения Ат и Ncpy что­ бы получить п £ 1.

Значение X* можно вычислить также на основе обработки статистических данных об отказах паяных узлов в эксплуатации. В частно­ сти, в работе [16] приводятся следующие значе­ ния интенсивности отказов паяных соединений

X*: наибольшее- 5

• КГ9

ч-1, среднее- 4 •

КГ9 ч-1

и наименьшее - 2

10“ю

ч-1 Как видно

из этих

данных, технологический процесс пайки по­ зволяет получить значения X*, удовлетворяю­ щие условию (122).

Если принять Х*= const, то прочие харак­ теристики надежности можно определить по

следующим формулам:

 

/ ( т) = Гехр(-ХЧ),

(124)

где / (т) - частота отказов, или плотность рас­

пределения времени

безотказной

работы;

т - время (в частности,

xj или х* );

 

тср=1/Х \

(125)

где тср - средний срок службы (математическое ожидание), ч;

/>(х) = ехр(-Х’х),

(126)

где Р (т) - вероятность безотказной работы.

В последнем случае, приняв для некото­ рого цельнопаяного узла, состоящего из боль­

шого числа паяных соединений, xj = 2 ч и

Р{т0) = 0,999, можно вычислить по формуле

(126) допускаемое значение Х*у для узла: 2Ху = = - In 0,999 = 10"3, откуда Ху = 5 • 10"4 ч"1, что

не противоречит выражению (122).

Если же принять предельный срок служ­ бы паяных соединений в изделии х*р = 5 лет = = 8,76 • 103 ч и Р( х'р) = 0,999, то Х*= 1,1410‘V , что также согласуется с условием (122).

Таким образом, выражения (122) - (126) могут быть использованы для совместного решения с выражениями (116) и (118) - (120).

В общем случае А.* и Х*у зависят от времени и

характеристики надежности имеют иной вид.

ЗАДАЧИ И ПРИНЦИПЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Основными задачами при проектирова­ нии технологического процесса (11111) являются:

-разработка принципиальной схемы технологического процесса, т.е. установление определенной последовательности операций по получению заготовок и преобразованию их в законченное изделие, которое соответствовало бы заданным технико-экономическим требова­ ниям (ТЭТ);

-составление технических условий (ТУ) на заготовки и приемку изделия, включая операции обработки деталей, сборки и контроля;

-расчеты или выбор режимов подгото­ вительно-заключительных и основных опера­ ций технологического процесса;

-выбор оборудования, проектирование технологической оснастки и составление тех­ нической документации;

-расчет норм времени, загрузки обору­ дования, рабочих мест и уровня механизации;

-организация рабочих мест.

Задачи ПТП решаются на базе опреде­ ленных принципов.

Главный из них - принцип использования новейших достижений отечественной и зару­ бежной науки и техники. Другим не менее важным принципом является принцип обеспе­ чения минимальных сроков ПТП.

Следующий принцип состоит в том, что при технологическом проектировании выби­ рают наиболее экономичные методы изготов­ ления для обеспечения должной работоспособ­ ности, долговечности и надежности изделия. Наряду с этим должен соблюдаться принцип учета производственных возможностей при одновременной ориентации на передовые фор­ мы организации и технологии производства.

Весь комплекс вопросов, решаемых в хо­ де ПТП и конструирования изделия (КИ), а также устанавливающиеся при этом прямые и обратные связи изображены в виде логиче­ ской блок-схемы (рис. 12). Исходным задаю­ щим блоком является техническое задание (ТЗ),

Рис. 12. Логическая блок-схема разработки нового изделия (агрегата, узла)

содержащее технико-экономические требова­ ния, а также условия транспортировки, хране­ ния и эксплуатации (УТХЭ) изделия. В распо­ ряжении конструкторской (КС) и технологиче­ ской служб (ТС) находится блок технической и экономической информации (ТЭИ) в виде ан­ нотаций, рефератов, руководящих материалов, справочников, стандартов, нормалей, описаний изобретений и патентов, результатов научноисследовательских работ и других данных, имеющихся к началу поступления ТЗ.

В результате конструирования изделия (КИ) и ПТП составляется технико-экономичес­ кое обоснование проекта (ТЭОП) изделия, по­ зволяющее начать экспериментальные иссле­ дования (ЭИ): опытно-конструкторские работы (ОКР) и опытно-технологические работы (ОТР). Получаемая при этом информация по каналам обратной связи направляется в блок ТЭИ и через него в блоки КИ и ПТП. Пре­ образуясь в этих блоках в результате корректи­ ровки проекта изделия и технологического процесса его изготовления, информация вновь поступает в блок ЭИ. На определенном этапе этот кругооборот позволяет реализовать вы­ ходные данные в опытном образце изделия (ООИ), который затем сдается в серийное про­ изводство.

Длительность воплощения ТЗ в ООИ за­ висит как от характера объекта изготовления, так и от технологического совершенства про­ изводства в данной отрасли.

Получив техническое задание (ТЗ), тех­ нологическая служба (ТС) совместно с конст­ рукторами выбирает материал для разрабаты­ ваемого изделия. С выбором определенной марки материала ТС получает дополнитель­ ную исходную информацию для следующих этапов ПТП.

С этого момента весьма эффективным мероприятием является включение в общий механизм технологического проектирования математической модели технологического процесса (ММТП) пайки. После расчета тем­ пературного условия можно приступить ко второму этапу ПТП: по полученным расчет­ ным и справочным данным выбрать марку припоя.

С этого этапа ход ПТП сопровождается экспериментальными лабораторными исследо­ ваниями. При наличии подходящего припоя производят уточняющий расчет температурно­ го условия, поскольку известны окончательные значения /3 = const и А/3 = const, а также рас­

чет всех остальных условий. Параллельно с этим по мере поступления информации произ­ водится выбор метода пайки, что составляет содержание третьего этапа.

Затем переходят к следующему этапу ПТП, так как имеется возможность уточнить предопределенные расчетами способ и ско­ рость нагрева, термический цикл пайки, вы­ брать способ нанесения (подачи) припоя, сре­ ды для пайки изделия (вакуум, активная газо­ вая среда, флюс); оценить реализацию условия взаимодействия окисной пленки и металла с паяльной средой, условия смачиваемости и растекаемости припоя, конструктивной прием­ лемости изделия, теплового баланса, а также металлургического взаимодействия припоя с паяемым материалом. На этом этапе можно построить график термического цикла пайки, т.е. t (°С) = /(т), и выдать исходные данные для проектирования технологической оснастки и оборудования.

При соблюдении перечисленных условий появляется возможность для оценки техноло­ гичности изделия. Если критерии технологич­ ности оказываются удовлетворительными, то полученная при ПТП информация поступает в блок технико-экономического обоснования проекта (ТЭОП) и далее в блок эксперимен­ тальных исследований для проведения ОКР и

ОТР. Если при данных обстоятельствах усло­ вие технологичности не может быть выполне­ но, то весь цикл работ по ПТП должен быть повторен на базе какого-то другого метода изготовления изделия, например с помощью сварки и т.п.

В результате работ по ПТП создается схема типового технологического процесса изготовления паяных изделий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Гржимальский Л. Л., Ильевский И. И. Технология и оборудование пайки. М.: Маши­ ностроение, 1979. 240 с.

2.Инженерный справочник по косми­ ческой технике / Под ред. А. В. Солодова. М.: Воениздат, 1977. 342 с.

3.К вопросу создания АСУ проектиро­ ванием технологии ремонта деталей авиацион­ ной техники гражданской авиации / В. П. Фро­ лов, В. П. Сладков, Ю. Н. Макин и др. - В кн.: Повышение эффективности систем и методов ремонта воздушных судов. Тезисы докладов Всесоюзной научно-практической конферен­ ции. М.: Транспорт, 1982. 142 с.

4.Кольчак В. В., Фролов В. П. Новый метод разработки сплавов-припоев путем мо­ делирования на ЭЦВМ. - В кн.: Надежность и качество паяных изделий. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции.

Ч.1 / Под общей ред. И. Е. Петрунина. М.: НТО Машпром, 1982. С. 18-21 .

5.Конструкционные материалы: Эн­ циклопедия современной техники. В 3-х т. М.: Советская Энциклопедия, 1963 - 1965.

6.Лоцманов С. Н., Фролов В. П. Тех­ нологичность паяных конструкций. - В кн.: Технологичность конструкций (Библиотека конструктора): Справочное пособие / Под ред.

С.Л. Ананьева и В. П. Купровича. М.: Маши­ ностроение, 1969. 418 с.

7.Мартынов Г. К. Надежность элек­ трических соединений, выполненных пайкой легкоплавкими припоями. М.: Изд-во стандар­ тов, 1968. 52 с.

8.Петрунин И. Е., Лоцманов С. Н., Николаев Г. А. Пайка металлов. М.: Метал­ лургия, 1973. 279 с.

9.Проников А. С. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978. 591 с.

10.Руководство по пайке металлов / Пер. с англ.; Под ред. С. Н. Лоцманова. М.: Оборонно, 1960. 192 с.

11.Руководство по пайке металлов мяг­ кими припоями / Пер. с англ.; Под ред. В. Р. Вер­ ченко. М.: Оборонно, 1963. 186 с.

12.Смирнов Н. Н., Ицкович А. А. Об­ служивание и ремонт авиационной техники по состоянию. М.: Транспорт, 1980. 229 с.

13. Справочник по пайке / Под. ред. С. Н. Лоцманова, И. Е. Петрунина, В. П. Фро­ лова. М.: Машиностроение, 1975. 407 с.

14.Стеклов О. И., Лапшин Л. Н. Кор­ розионно-механическая стойкость паяных со­ единений. М.: Машиностроение, 1981. 101 с.

15.Форрест П. Усталость металлов / Пер. с англ.; Под ред. С. В. Серенсена. М.: Машиностроение, 1968. 352 с.

16.Фролов В. П. Методы выбора опти­ мальных конструкционных материалов и тех­ нологии изготовления полипланных панелей с ортогональной решеткой. Научно-методичес­ кие материалы. М.: ВВИА им. Н. Е. Жуковско­ го, 1974. 243 с.

17.Хейвуд Р. Б. Проектирование с уче­ том усталости / Пер. с англ.; Под ред. И. Ф. Об­ разцова. М.: Машиностроение, 1969. 674 с.

18.Безумов А. В., Ковалёв В.Д., Фро­ лов В. П. Математическая модель прогноза вероятности совпадения результатов расчета

Стдэ и CTJ’2 с экспериментальными данными

для титановых сплавов / В сб.: Инженерные ме­ тоды обеспечения безопасности полетов при экс­ плуатации и ремонте авиационной техники гра­ жданской авиации. М. МИИГА, 1987. С. 56 - 78.

19.Варшавский А. Д., Плаунов В. П., Ильин А. М., Чикунов М. И. Автоматизиро­ ванный расчет предела прочности и модуля упругости в функции температуры с помощью ЕС ЭВМ / В сб.: Инженерные методы обеспе­ чения безопасности полетов при ремонте авиа­ ционной техники гражданской авиации. М.: МИИГА, 1986. С. 9 4 - 102.

20.Каберда С. А., Фролов В. П. Опре­ деление температуры плавления медных спла­ вов на основе химического состава / В сб.: Эф­ фективность процессов восстановления авиа­ ционной техники гражданской авиации. М.: МИИГА, 1985. С. 94 -106 .

21.Информационная поддержка САПР технологических процессов производства и ре­ монта ДА и двигателей с применением пайки и сварки современных конструкционных сплавов /

В.П. Фролов, В. Н. Семенов, В. М. Засимов, А. В. Жариков. М.: Машиностроение, 1996. 367 с.

22.Решетчатые крылья / С. М. Белоцер­ ковский, Л. А. Одновол, Ю. 3. Сафин и др.; Под ред. С. М. Белоцерковского. М.: Машино­ строение, 1985. 320 с.

Соседние файлы в папке книги