CC BY
35
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
моменты времени t от начала до окончания импульса тока. При этом параметры внешнего силового воздействия на детали (усилия сжатия электродов заданы, как параметры режима сварки. Подразумевается, что величина сварочного тока задана такой, чтобы обеспечивала получение заданных геометрических размеров ядра (высоты НЯ и диаметра d%). В процессе решения уравнения термодеформационного уравнения относительно dnt для каждого момента времени t рассчитывается и все остальные его составляющие, которые отражают изменение основных термодеформационных процессов, протекающих в зоне сварки на стадии нагрева.
Алгоритм решения поставленной задачи показан на рис. 1 осуществляется методом итераций и реализован в программном продукте выполненном на объектно-ориентированном языке С++ с использованием свободно распространяемого кросс-платформенного SDK QT C++, что позволяет запустить исполняемый код на большинстве известных операционных систем путем компиляции программы для каждой ОС без изменения исходного кода. Имеет интуитивно понятный интерфейс необходимый для ввода основных параметров, систему контроля не позволяющую пользователю вводить не адекватные
данные, встроенную БД металлов на базе кросс-платформенной 8рЫ1е, с их основными физическими характеристиками и возможностью редактировать и добавлять новые данные, а так же с данными уже прошедших расчетов для построения сравнительных моделей, модуль построения 2-х мерных графиков основных параметров КТС, модуль экспорта данных в внешний файл (сбу, 1x1, хт1), модуль импорта данных в внутренюю БД (сбу, 1x1, хт1), модуль печати результатов расчетов и связанных с ними графиков праметров КТС.
Многочисленные сравнения расчётных и экспериментальных значений диаметра уплотняющего пояска показали, что их расхождения не превышает 5-15 %. Это, в определенной мере, отражает степень адекватности термодеформационной модели процесса формирования соединения и реального процесса КТС, подтверждает приемлемость сделанных допущений и показывает допустимость использования данной модели для приближенных решений технологических задач КТС.
© Тропников А. П., Колодкин В. В., Яшметов Е. Г., 2011
УДК 621.791
И. С. Фролченков Научный руководитель - Л. Г. Семичева Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ ФТОРОПЛАСТА-4 С МЕТАЛЛАМИ
Разработана математическая модель процесса диффузионной сварки фторопласта-4 с металлами в виде полиномов второй степени с использованием некомпозиционного плана второго порядка. Определены оптимальные параметры процесса диффузионной сварки фторопласта-4 с металлами, обеспечивающие требуемую прочность соединения и заданный коэффициент передачи пьезопреобразователя.
При разработке технологии диффузионной сварки новых материалов определение оптимальных параметров режима сварки является сложной и трудоемкой задачей.
В связи с этим применение методов математического планирования эксперимента при отработке новых технологий сварки, которые существенно сокращают объем экспериментов и позволяют использовать ЭВМ, является актуальной задачей.
Целью работы является установление зависимо -стей прочности неразъемного соединения фторопла-ста-4 с металлами и коэффициента передачи пьезо-преобразователя от параметров процесса диффузионной сварки, а также определение оптимальных значений параметров с использованием ЭВМ.
Процесс диффузионной сварки фторопласта-4 с металлами характеризуется следующими параметрами режима сварки: температурой сварки (Х^, сварочным давлением (Х2), временем выдержки (Х3), мощностью ультразвуковых колебаний (Х4) и временем озвучивания (Х5). Для получения математических моделей процесса в виде полиномов второй степени реа-
лизован некомпозиционный план второго порядка [1]. Этот план представляет собой определенные выборки строк из полного факторного эксперимента типа 3к (к - число факторов). В указанных планах каждая переменная варьируется всего на трех уровнях: +1 (максимальное значение); 0 (среднее значение); -1 (минимальное значение). По результатам экспериментов можно определить коэффициенты уравнения регрессии.
Общий вид уравнения регрессии имеет вид:
Ус = Ь0 + Ъ!*Х! + Ь2*Х2 +...+ Ьк * Хк + Ь12 * X! х2 + + ... Ьк-1,к * Хк-1 Хк +...+.Ъ„ * Х12 + ...+.Ькк * Хк2
Для 5 факторов, соответствующих переменным параметрам режима сварки, уравнения регрессии имеют следующий вид
Ус = Ь0 + Ъ!*Х! + Ь2*Х2 + Ь3 * Х3 + Ь4 * Х4 + Ь5 * Х5 + + Ъ12 * Х1 * Х2 + Ъ13 * Х1 * Хз+ + Ь14 * Х! * Х4 + Ь15 * Х! * Х5 + Ь23 * Х2 *Х3 + + Ь24 * Х2 *Х4 + Ь25 *Х] *Х5 + Ь34 *Х3 .Х4 +
Секция «Сварка летательньш аппаратов и родственнее технологии»
+ Ьз5 * Хз *Х5 .+ Ь45 * Х4*Х5.+.Ъц * Х^+.Ъи * Х22 +. + Ъзз * Хз2+.Ъ44 * Х42+.Ъ55 * Х52. Ук = Ъо + Ъ!*Х! + Ъ2*Х2 + Ъз * Хз + Ъ4 * Х4 +
+ Ъ5 * Х5 + Ъ12 * Х! * Х2 + Ъ1з * Х! * Хз+ + Ъ14 * Х1 * Х4 + Ъ15 * Х1 * Х5 + Ъ2з * Х2 *Хз + + Ъ24 * Х2 *Х4 + Ъ25 *Х1 *Х5 + Ъз4 *Хз ,Х4 + + Ъз5 * Хз *Х5 .+ Ъ45 * Х4*Х5.+.Ъ11 * Х12+.
45 з2
11
+ Ъ22 * Х22+.Ъзз * Хз2+.Ъ44 * Х42+.Ъ55 * Х52 ,
где Ус - значение предела прочности св соединения в соответствующем опыте; Ук - значение коэффициента
передачи пьезопреобразователя в соответствующем опыте; Ъ - выборочные коэффициенты регрессии.
Для определения коэффициентов уравнения было проведено 46 опытов. Сваривали образцы из фторопласта 4 с алюминиевым сплавом АМг6. Сварку производили на установке для диффузионной сварки СДВУ-50, оснащенной ультразвуковой системой [2]. Интервалы варьирования параметров режима сварки приведены в таблице.
Сваренные образцы испытывали на растяжение для определения предела прочности св.
Коэффициент передачи Кп пьезопреобразователя определяли на специальной установке.
Уровни и интервалы варьирования параметров режима сварки Ф-4 + АМг6
Факторы Кодовое обозначение Интервалы варьирования Уровни факторов
Основной «0» Верхний «+1» Нижний «-1»
Температура сварки, °С Х1 45 з75 420 зз0
Сварочное давление, МПа Х2 0,75 1,25 2 0,5
Время выдержки, с Хз з00 600 900 з00
Мощность ультразвуковых колебаний, Вт Х4 900 з 150 4 050 2 250
Время озвучивания, с Х5 120 180 з00 60
Расчет коэффициентов проводили методом наи-меьших квадратов на ЭВМ. Определив значение ко -эффициентов, дисперсии параметров и доверительные интервалы, получили следующие уравнения для определения предела прочности соединения и коэффициента передачи пьезопреобразователя:
Ус = 1з,8з + 1,94 Х1 + 0,56 Х2 + 0,69Хз - 0,74 Х4 -
- 2,75 Х1Хз + 2,5 Х1Х5 + з Х2Х4 -2 Х2Х5 -
- 1,25 ХзХ5 - 2 Х4Х5 - з,4 Х12 - 1,7Э Х22 -
- 1,48 Х42 - 1,2з Х52, Ук = 0,07 + 0, 010625 Х1 + 0,005Хз - 0,005 Х4 -
- 0,0125 Х1Хз + 0,0075 Х1Х5 + 0,0175 Х2Х4 -
- 0,01Х2Х5 - 0,01 ХзХ5 - 0,01 Х4Х5 - 0,024з75 Х12 -
- 0,011875 Х22 - 0,005208 Хз2 - 0,010208Х42 -
- 0,012708 Х52.
Коэффициенты, меньше доверительного интервала признаны статически незначимыми и исключены из уравнения.
Адекватность полученной модели проверяли по критерию Б-критерию Фишера:
Рр = § ад / § у,
где 82ад - дисперсия адекватности; 82у - дисперсия воспроизводимости эксперимента.
Рассчетное значение Рр = 8,з меньше табличного Бт = 8,7, следовательно, полученная модель адекватна при 5 %-ном уровне значимости. На основании полученных уравнений построены графики зависимостей предела прочности соединения св и коэффициента передачи Кп пьезопреобразователя от параметров режима процесса сварки. Наибольшие значения предела прочности св > 14 МПа и коэффициента передачи Кп > 0,04 были получены при следующих значениях параметров:
температура сварки Тсв = з95...405 °С; сварочное давление Р = 1,25... 1,5 МПа; время выдержки твыд = 650...700 с; мощность ультразвуковых колебаний
Жузк = 2900...з000 Вт; время озвучивания тозв = 180...190 с.
Библиографические ссылки
1. Спиридонов А. А., Васильев Н. Г. Планирование эксперимента при исследовании и оптимизации технологических процессов : учеб. пособие. Свердловск : УПИим. С. М. Кирова, 1975.
2. Семичева Л. Г., Апанасенко В. Ф., Новиков В. Г. Сварка фторполимеров с металлами под действием ультразвукового луча : учеб. пособие ; Сиб. аэрокос-мич. акад. Красноярск, 1998.
© Фролченков И. С., Семичева Л. Г., 2011
