Способ изготовления бериллиевого ротора электростатического гироскопа

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано в технике получения тонкостенных полых сферических оболочек при изготовлении роторов гироскопов. Сущность изобретения заключается в формообразовании бериллиевых полусфер с переменной толщиной стенок, наружным диаметром D_p, учитывающим припуск Δ h для уменьшения величины коэффициента разнотолщинности , где h_э и h_п - максимальная толщина стенок полусфер в экваториальной плоскости разъема и минимальная в зоне полюса, сборке полусфер в сварочной оснастке с плотноприлегающими пуансонами со сферическими выемками диаметром D_п>D_p, размещении между пуансонами кольцевой вставки толщиной δ =(α _p-α _п)· (m-n· α _p/α _п)· D_p·(360K-Δ T_с), где α _р и α _п - температурные коэффициенты линейного расширения материалов ротора и пуансонов в интервале температур (Т_с-Т_св), причем α _р>α _п, и 1,2≤ α _p/α _п≤2,6, m и n - безразмерные коэффициенты, равные (3,70± 0,05) и (1,30± 0,05) соответственно, Δ Т_с=(Т_св-Т_с) [К], Т_св[К] - температура сварки и Т_с[К] - температура стыковки, определяемая равенством диаметров D_p=D_п и составляющая (0,8-0,85) от температуры начала рекристаллизации Т_р материала ротора. При этом Т_св задают из условия Т_р<Т_св≤Т_с+360К, а конкретное значение Т_св в указанном интервале выбирают тем меньше, чем больше значение К_h данной пары полусфер. Таким образом, минимизируется негативное влияние на точность ротора степени разнотолщинности полусфер и анизотропии значений температурных коэффициентов линейного расширения материала полусфер вдоль оси симметрии и в перпендикулярном ей направлении.

 

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано в технике получения тонкостенных полых сферических оболочек при изготовлении роторов электростатических гироскопов.

Известна технология изготовления бериллиевых роторов электростатического гироскопа [А.Г.Щербак, В.Г.Кедров, ”Технология прецизионной диффузионной сварки в точном приборостроении" - СПб.: ГНЦ РФ - ЦНИИ "Электроприбор", 1996, стр.70-72], в которой на стадии формообразования на наружной стороне каждой из полусфер выполняют кольцевой фланец. Далее осуществляют сборку полусфер в сварочной оснастке, где сварочные пуансоны устанавливают на внешние торцы фланцев, на которые и передается сварочное давление Р_св при нагреве оснастки в вакуумной сварочной камере до температуры Т_св. Геометрия фланца обеспечивает передачу Р_св на требуемый участок внутреннего торца фланца, соответствующий зоне сварного шва ротора. Таким образом, в данной схеме сварки реализован такой технологический прием, как локализация сварочной нагрузки на вспомогательном технологическом элементе свариваемой детали, что в рассматриваемом варианте обеспечивает сварку с ненагружаемой сферической поверхностью. Кроме того, на указанных фланцах выполняют элементы центровки, обеспечивающие строго заданную соосность полусфер, и узлы фиксации, позволяющие устанавливать полусферы в исходном разнесенном положении для создания вакуума внутри ротора. После операции диффузионной сварки осуществляют обрезку фланцев до получения сферической заготовки ротора, которую балансируют и доводят до требуемых параметров.

Можно отметить следующие недостатки данного аналога:

1. Низкая технологичность процесса изготовления ротора, поскольку составными элементами технологии сварки в данном случае являются предварительное формообразование фланцев и их удаление после сварки. Помимо достаточно большой трудоемкости этих операций (с учетом выполнения на фланцах элементов центровки и фиксации), в данном случае имеет место явно выраженная экономическая неэффективность процесса, т.к. во фланцах сосредоточено до (70... 80)% массы заготовки полусферы, а после сварки материал фланцев уходит в отходы.

2. Недостаточно высокие точностные характеристики ротора, обусловленные характерной для бериллия (а также ряда других поликристаллических материалов, получаемых методом горячего прессования и выдавливания) анизотропией свойств, определяемой направлением, совпадающим или перпендикулярным оси выдавливания заготовки на стадии ее изготовления. Указанная анизотропия свойств, как электрических, определяющих симметрию и жесткость подвеса ротора в электростатическом поле, так и физико-механических, обусловливающих возможные отклонения от требуемой расчетной формы ротора при его функционировании на рабочих скоростях вращения, составляющих десятки тысяч оборотов в минуту, могут существенно снижать точность и надежность работы гироскопа.

3. Удаление фланцев изменяет высокоточную форму ротора при его закреплении на металлообрабатывающем станке и вызывает появление остаточных напряжений, ухудшающих стабильность высокоточных геометрических параметров ротора.

Известна технология изготовления тонкостенного сферического ротора шарового гироскопа [патент РФ №2085348 от 01.07.94, МКИ В 23 К 20/00 "Способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового гироскопа" / А.Г.Щербак, В.Г.Пешехонов, А.С.Анфиногенов и др.], в которой осуществляют формообразование средствами механической обработки и комплектовку полусфер ротора, основанную на совместной доводке в трехшпиндельном притирочном устройстве наружного диаметра пары полусфер с переменной монотонно уменьшающейся от величины h_э в экваториальной плоскости разъема до значения h_п в полюсной части толщиной стенки и наружным диаметром D_p, учитывающим припуск на сварочные деформации и операцию балансировки. Далее полусферы размещают в полусферических выемках диаметром D_п пуансонов, устанавливаемых в направляющем стакане и выполненных из материала, коэффициент термического расширения α _п которого меньше, чем у материала полусфер α _р, а диаметр D_п при этом больше диаметра D_p, проводят нагрев оснастки с полусферами в вакуумной камере сварочной установки до температуры сварки Т_св, превышающей температуру Т_с совпадения диаметров D_p и D_п, с приложением при температуре T₁≤T_c осевого сварочного давления Р_с, превышающего предел текучести бериллия, и выдерживают для протекания процессов сварки при Т_св, по меньшей мере равной температуре рекристаллизации материала полусфер.

Сварка осуществляется в условиях протекания в интервале температур (Т_с-Т_св) процессов деформирования с уменьшением, в конечном счете, диаметра ротора на (0,20-0,40)%. Уменьшение диаметра учитывается в припуске на диаметр полусфер и на балансировку и на точность ротора не влияет. Основное значение для балансировки и точности ротора имеют отклонения от круглости (несферичность) сварной заготовки ротора и симметричность этих отклонений (искажений сферы) относительно экваториальной плоскости разъема (зоны сварки) и проходящей через полюса ротора его оси симметрии.

Далее, используя методы сферодоводки в трехшпиндельном притирочном устройстве и направленной доводки, осуществляют балансировку сваренной заготовки ротора с получением изделия с требуемым конечным диаметром D_p и необходимыми значениями осевого и радиального дисбалансов. Данное техническое решение имеет следующие основные недостатки:

1. Ограниченные технологические возможности при изготовлении роторов различных типоразмеров, например, с большими значениями коэффициента K_h=h_э/h_п, который характеризует степень разнотолщинности ротора. Монотонное изменение толщины стенки по заданному закону от плоскости разъема (h_э) до полюса (h_п) полусферы позволяет получить в сваренном роторе превышение полярного момента инерции над экваториальным на величину ~20%. Реальные значения К_h для бериллиевых полых роторов электростатических гироскопов могут составлять 4-5. Это определяет резко неравнозначные условия деформирования материала полусфер при сварке в зоне экватора и в полюсной части и существенно увеличивает несимметрию искажений формы ротора, что, в свою очередь, затрудняет процесс балансировки высокоточных роторов (погрешность формы <0,02 мкм).

2. Сложности с изготовлением высокоточных роторов, обусловленные специфичными особенностями используемых материалов, в частности такого материала, наиболее приемлемого для роторов шаровых гироскопов, как бериллий, который характеризуется анизотропией свойств, определяемой технологией получения исходных заготовок. Наибольшее влияние, как на технологию изготовления, так и на функционирование ротора в подвесе гироскопа оказывает анизотропия температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) и модуля упругости. При диффузионной сварке различные величины ТКЛР у полусфер ротора обусловливают неопределенность процесса пластического деформирования полусфер и несимметрию искажений формы ротора.

3. Возможные искажения формы ротора в процессе его сферодоводки в трехшпиндельном притирочном устройстве, связанные с анизотропией указанных выше упругих свойств материала. Это объясняется характером взаимодействия притиров и заготовки ротора, когда строго одинаковое давление притиров на ротор может приводить к различной величине упругой деформации полусфер и, как следствие, к различному съему материала с наружной поверхности ротора, что резко усложняет процесс сферодоводки и балансировки и ухудшает точность формы ротора.

По наибольшему числу общих существенных признаков в качестве прототипа принята технология изготовления тонкостенного сферического ротора шарового гироскопа [патент РФ №2164665 от 09.11.99, МКИ G 01 С 25/00. "Способ изготовления ротора шарового гироскопа" / В.З.Гусинский, С.М.Осипов, А.Т.Щербак], в которой осуществляют формообразование партии бесфланцевых бериллиевых полусфер с припуском Δ h на наружный диаметр, определяемый из условия Δ h≥ h_э-2h_п, с получением значения коэффициента разнотолщинности . Далее производят измерение увеличения высоты Δ _Т каждой полусферы вдоль ее оси симметрии в процессе нагрева в одинаковом для всех полусфер интервале температур, соответствующем приращению высоты в пределах ~ 0,005 мм, и определяют величину прогиба Δ р полюса полусфер в области упругих деформаций под действием фиксированной нагрузки, выбираемой из условия деформации ~0,005 мм, после чего комплектуют пары полусфер ротора, для которых разница в указанных значениях абсолютного удлинения и прогиба не превышает 10%. Далее осуществляют диффузионную сварку полусфер по плоскостям их разъема посредством размещения полусфер диаметром D_p в полусферических выемках диаметра D_п пуансонов, устанавливаемых в направляющий стакан сварочной оснастки и выполненных из материала, ТКЛР α _п которого меньше, чем у материала ротора α _p, при диаметре D_п большем D_p, нагрева оснастки с полусферами в вакуумной камере до температуры Т_св, превышающей температуру Т_с совпадения диаметров D_p и D_п с приложением при T₁≤Т_с осевого сварочного давления. После операции сварки производят сферодоводку и балансировку ротора.

Данная технология частично решает проблему точности при сварке ротора с высокой степенью разнотолщинности стенок и возможным различием свойств полусфер ротора по значениям упругости и ТКЛР.

Однако способ-прототип имеет такие недостатки, как ограниченные технологические возможности и сравнительно невысокая точность роторов шаровых гироскопов, что определяется следующими факторами:

1. Уменьшение степени разнотолщинности полусфер за счет припуска Δ h на наружный диаметр D_p не в полной мере обеспечивает условия минимальных деформаций ротора, отвечающих допустимым, при значениях К_h~2. При этом чрезмерно большая величина Δ h (более 1,5-2 мм) определяет либо большую трудоемкость последующего удаления припуска в трехшпиндельном притирочном устройстве, либо низкую точность обработки ротора на токарном станке, посредством кругового резца, где есть вероятность потерять центр сферы из-за отсутствия базовой поверхности (фактически базовая наружная сфера является обрабатываемой поверхностью) при неизбежных переустановках ротора в оправке.

2. Обеспечивая подбор пары полусфер по близким значениям теплового расширения вдоль оси симметрии полусфер, не решается проблема получения одинаковых значений ТКЛР вдоль оси симметрии полусферы и в перпендикулярных к ней направлениях. Это существенно как для отдельной полусферы, поскольку влияет на деформацию ротора, так и для пары полусфер, что дополнительно может приводить к большей несимметрии искажения формы ротора после сварки.

3. Ограничение по сварке роторов различных модификаций (с различными значениями коэффициента разнотолщинности стенки К_h), поскольку для каждого ротора будет иметь место своя величина припуска Δ h. Это определяет возможные отклонения от номинального диаметра D_p в пределах ±0,5 мм, что приводит к необходимости либо изготавливать новые варианты сложной дорогостоящей оснастки с различными значениями D_п, либо корректировать режим сварки, что не всегда возможно.

Целью настоящего изобретения является расширение технологических возможностей процесса изготовления роторов шаровых гироскопов и повышение точности роторов.

Согласно изобретению указанная цель достигается тем, что отношение α _p/α _п в интервале температур (Т_с-Т_св) определяют в диапазоне 1,2≤ α _р/α _п≤2,6, температуру Т_с совпадения диаметров D_p и D_п выбирают равной (0,8-0,85) от температуры начала рекристаллизации Т_р материала полусфер, температуру сварки задают в пределах Т_р<Т_св≤Т_с+360К, причем для конкретной пары полусфер значение Т_св в указанном интервале выбирают тем меньше, чем больше значение К_h скомплектованной пары, а между встречно ориентированными торцами пуансонов сварочной оснастки симметрично свариваемым полусферам размещают кольцевую цилиндрическую вставку из недеформируемого в условиях сварки материала, высоту δ которой определяют из выражения:

где Δ Т_с=(Т_св-Т_с) [К]; m и n - экспериментально полученные коэффициенты; m - коэффициент, равный 3,70±0,05, n - коэффициент, равный 1,30±0,05.

Согласно выражению (1) величина δ очевидным образом определяется значением исходного диаметра ротора D_p [мм], значение которого обусловливает степень проявления разности ТКЛР материалов ротора и пуансонов и величину деформации обжатия ε , что следует из выражения равенства диаметров ротора и сферы пуансонов при температуре Т_c:

D_p·(1+α _pΔT₁)=D_n·(1+α _пΔT₁),

где Δ T₁=(T_c-295)° C, что устанавливает связь между D_p, D_п и интервалом Δ T₁.

Множитель (360-Δ Т_с) [К] в выражении (1) учитывает интервал температур Δ Т_с=Т_св-Т_с, в пределах которого происходит деформирование полусфер при сварке, и в соответствии с принятыми условиями (Т_с=0,8-0,85 от температуры рекристаллизации Т_р при Т_р<Т_св≤Т_с+360К) может меняться в пределах от 0, когда Δ Т_с=360К, т.е. Т_св превышает Т_c на предельно возможную величину 360К, до значения 190К, когда, Т_св=Т_р, а Т_р=1123К. Множитель (α _р-α _п) в выражении (1) учитывает конкретную величину разницы в коэффициентах термического расширения материалов ротора и пуансонов, а множитель (m-n· α _р/α _п) определяет степень влияния указанной разницы на значение δ , т.е. фактически последний множитель задает корреляционную зависимость δ от разницы (α _р-α _п).

При этом для более объективного характера корреляции выбор значений α _р и α _п целесообразно задавать из относительного условия, т.е. для отношения α _р/α _п, определяемого в диапазоне 1,2≤ α _р/α _п≤2,6, который позволяет использовать все реально приемлемые для применения в качестве пуансонов материалы с учетом возможности сварки полусфер, выполненных из различных сортов бериллия. Таким образом, в выражении (1) учитывается как разность, так и соотношение значений α _р и α _п, что весьма важно ввиду их взаимообусловленности при выборе параметров процесса сварки. Кроме того, выбор α _р и α _п из диапазона отношений исключает вариант некорректного использования выражения (1), когда для указанных коэффициентов m и n при большой разнице в значениях α _р и α _п расчетная величина δ может быть отрицательной.

Предлагаемый способ заключается в выполнении совокупности и последовательности следующих технологических операций:

1. Средствами механической обработки (точение, шлифование, доводка) осуществляют формообразование тонкостенных полусфер, у которых наружный диаметр D_p определяют соотношением , где - расчетный диаметр готового ротора, ε - деформация обжатия ротора при сварке и Δ h - припуск на сферодоводку и балансировку, задаваемый из условия уменьшения за счет Δ h величины коэффициента , который, по возможности, должен быть не больше 2 для компенсации на этапе формообразования фактора разнотолщинности требуемой конечной конфигурации ротора. В данном случае подразумевается, что величина Δ h должна быть не менее значения, определяемого некруглостью ротора и обеспечивающего возможность выкатать и отбалансировать точную сферу требуемого конечного диаметра . В то же время величина К_h, большая 2 (в общем случае до значения 3), не является критичной для данного способа.

2. После химической очистки пару полусфер размещают в полусферических выемках пуансонов диаметра D_п>D_p, устанавливаемых в направляющий стакан сварочной оснастки и выполненных из материала, ТКЛР которого (α _п) меньше, чем ТКЛР (α _р) материала полусфер. Для каждой пары полусфер определяют температуру сварки Т_св из условия Т_р<Т_св≤Т_с+360К, причем для конкретной пары значение Т_св в указанном интервале выбирают тем меньше, чем больше для скомплектованной пары значение коэффициента К_h, задаваемого в пределах 1≤ К_h≤3. Это связано с тем, что согласно эмпирическому выражению (1) уменьшение температуры сварки определяет увеличение зазора δ , который, как показывают экспериментальные данные, более эффективен по сравнению с фактором температуры для компенсации влияния разнотолщинности полусфер на деформацию ротора. Выполнение конфигурации формозадающей поверхности пуансонов в виде эллипсоида вращения, вытянутого вдоль оси симметрии полусфер на величину δ , создает условия, когда в начальный момент времени (при температуре Т_c) в контакт с пуансонами входит экваториальная часть ротора, имеющая более толстые стенки. Т.е. в первую очередь под действием радиально направленных напряжений термического натяга начинает деформироваться экваториальная область полусфер. По мере нагрева до Т_св зона деформирования увеличивается, перемещаясь к полюсам ротора. Такая схема обеспечивает заведомо меньшее время деформирования наиболее тонкой полюсной части полусфер, компенсируя негативное влияние переменной толщины стенок на общую деформацию ротора. Практически при 1<К_h<3 температура Т_св выбирается из условия ее монотонного уменьшения в указанном диапазоне T_р<T_св≤Т_с+360К при росте значения К_h от 1 до 3.

Эффективность повышения температуры, главным образом, связана с более интенсивным процессом рекристаллизации и, как следствие, большей степенью усреднения свойств бериллия, в том числе и величин ТКЛР. В указанном выше соотношении превышение величины Т_c на 360К определяет практически предельное значение Т_св, когда выравнивание свойств материала за счет рекристаллизации обеспечивается даже при разнице значений ТКЛР вдоль и поперек оси симметрии до 15-20%. В то же время для компенсации различия в ТКЛР полусфер вдоль и поперек оси симметрии в процессе сварки равнозначны как повышение Т_св при малом δ , так и увеличение δ при пониженных значениях Т_св. Это обусловливает в качестве первичного фактора выбор величины Т_св в зависимости от значения коэффициента К_h с последующим определением толщины вставки δ .

3. Кольцевую цилиндрическую вставку указанной толщины δ с плоскопараллельными торцами из недеформируемого в процессе сварки материала, в частности одноименного материалу пуансонов, для которых данное условие является очевидным и обязательным, устанавливают между встречно ориентированными плоскопараллельными торцами пуансонов симметрично полусферам. Толщину δ [мм] вставки определяют из эмпирического выражения (1), которое согласуется с приведенным соотношением Т_р<Т_св≤Т_с+360К в части создания условий протекания термомеханического цикла сварки, позволяющих корректировать сварочные деформации, обусловленные как разницей ТКЛР в направлении оси симметрии ротора и в перпендикулярном направлении, так и разнотолщинностью стенок ротора при К_h=1,5-3,0. Выражение (1) основано на экспериментальных данных, полученных при сварке равнотолщинных бериллиевых полусфер (K_h=1), когда после сварки в области сравнительно низких температур Т_св=153-1173К, высота ротора по полюсам была меньше его диаметра по экватору на 0,09-0,10 мм, тогда как при повышении Т_св до 1253-1273К эта разница составляла 0,01-0,02 мм, что соизмеримо с общей некруглостью ротора после сварки.

Это можно объяснить тем, что ротор при более высоких Т_св "заклинивается" по экватору и полюса деформируются меньше. При этом деформация обжатия ε ротора (уменьшение диаметра) составляла 0,03-0,05 в первом и 0,18-0,21 мм во втором случае.

Поскольку при сварке одновременно протекают два термически активируемых процесса: пластическое деформирование в интервале температур Δ Т=Т_св-Т_с [К], для которого наиболее оптимальными являются условия установившейся ползучести, и рекристаллизация, обеспечивающая снижение напряжений и приводящая к усреднению и стабилизации свойств материала, то эффективность усреднения и выравнивания свойств материала повышает такой прием, как предварительно напряженное состояние материала большей части ротора, что в данном изобретении осуществляется выбором температуры Т_c в пределах (0,8-0,85) от температуры начала рекристаллизации бериллия, составляющей ~1123К.

4. Собранную сварочную оснастку помещают в вакуумную камеру сварочной установки и осуществляют нагрев до температуры сварки Т_св с приложением при температуре T₁<T_c осевого сварочного давления Р_о. При этом температуру Т_c задают, как указывалось, в пределах (0,8-0,85) от температуры начала рекристаллизации бериллия. Таким образом, рекристаллизация имеет место в отношении предварительно напряженной конструкции, что повышает ее эффективность как процесса, усредняющего свойства материала ротора.

При достижении температуры Т_c происходит совпадение диаметров ротора и пуансонов в экваториальной плоскости [D_п (T_c)=D_p (Т_с)], а в полюсной части полусфер будет иметь место зазор, определяемый толщиной вставки δ , температурой Т_св (или разницей Т_св-Т_с) и степенью различия величин ТКЛР бериллия вдоль оси симметрии ротора и в перпендикулярном направлении. По мере дальнейшего роста температуры за счет деформаций, связанных с изменением кривизны поверхности ротора, он примет форму эллипсоида вращения, вытянутого вдоль оси симметрии (по конфигурации формозадающей поверхности пуансонов).

Действие фактора, компенсирующего степень разнотолщинности полусфер ротора, определяемую величиной К_h, проявляется в том, что полюсная, наиболее тонкая часть полусфер за счет зазора, задаваемого вставкой толщиной δ , позже входит в контакт с пуансонами и находится под действием напряжений термонатяга меньшее время. Вместе с тем, высокие значения Т_св связаны с большей величиной деформации обжатия ротора ε , которая поглощает деформацию, связанную с разнотолщинностью стенок ротора.

Фактически выражение (1) определяет процесс управляемой деформации, связанный с корректировкой геометрии ротора в части изменения его кривизны в процессе сварки. Это позволяет компенсировать разницу ТКЛР и оптимизировать условия деформирования при K_h>1,5.

Следует учитывать, что более высокие температуры Т_св приводят к значительному росту размера зерна бериллия, и выбор температуры Т_св должен определяться только соображениями повышения точности сваренного ротора за счет компенсации разницы в ТКЛР и степени разнотолщинности.

5. Далее осуществляют сферодоводку и балансировку сваренного ротора. При этом относительно малые (по сравнению со способом-прототипом) значения несимметричности искажений формы заготовки позволяют получать более точную сферу с меньшими величинами осевого и радиального дисбалансов. Это существенно упрощает технологию изготовления ротора и повышает его точностные характеристики, поскольку не имеет места неравномерный съем материала при обкатке и обусловленные этим неуправляемая разнотолщинность ротора и многоэтапное последовательное устранение дисбаланса методом направленной доводки. Разница свойств скомплектованных полусфер по значениям ТКЛР в различных направлениях компенсируется корректировкой формы ротора при сварке за счет изменения геометрии формозадающих пуансонов, а также процессами рекристаллизации при сварке, что позволяет повысить точность ротора после сварки и обеспечить конечную точность формы ротора в пределах до 0,02 мкм, что подтверждается экспериментально.

Таким образом, предлагаемая схема изготовления ротора сводит к минимуму негативное влияние на точность ротора взаимосвязанных по отрицательным последствиям факторов - степени разнотолщинности исходных полусфер и разницы в ТКЛР за счет корректировки взаимообусловленных процессов деформирования и рекристаллизации при сварке, что особенно важно, поскольку эти факторы проявляются как на этапах изготовления, так и в процессе функционирования ротора в подвесе гироскопа. Комплексное устранение недостатков, связанных с указанными факторами, определяет единство отличительных признаков изобретения, их устойчивую взаимосвязь, выполнение условия необходимости и достаточности признаков.

Рассматриваемый способ и, соответственно, выражение (1) преимущественно относятся к бериллиевым роторам и использовались при сварке полусфер из таких сортов бериллия, как дистиллированный выдавленный (ДВШ), дистиллированный (ДТП) и технический (ТГП) горячепрессованные, технический изостатического прессования (ТИП) с крупностью порошка 56 мкм. Очевидно, что данный метод пригоден для получения роторов шаровых гироскопов, где используются и другие материалы. В целом данное изобретение связано с диффузионной сваркой прецизионных конструкций из материалов, для которых характерна анизотропия свойств в различных направлениях. Соответственно, для пуансонов может использоваться достаточно прочный материал, обладающий высокой размерной стабильностью и отвечающий условию α _р>α _п. Это могут быть различные виды керамик и жаропрочные металлические материалы. Наибольший эффект в данном случае имеет место при соотношении 1,2≤ α _p/α _п≤2,6, что для реального сочетания материалов определяет разницу (α _p-α _п) в пределах от 3,0· 10^-6К^-1 до 10,0· 10^-6К^-1, поскольку значения указанных соотношения и разницы, выходящие за рамки приведенных диапазонов, резко меняют условия и температурный цикл процесса деформирования ротора при сварке, что не всегда является приемлемым.

На предприятии предлагаемое изобретение использовано при изготовлении опытной партии роторов электростатических гироскопов с получением положительных результатов. В настоящее время производится отработка технической документации для серийного изготовления роторов.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в расширении технологических возможностей процесса изготовления роторов шаровых гироскопов различных модификаций, повышении точности роторов и гироскопов, улучшении характеристик систем и комплексов, в которых используются эти гироскопы. Экономический эффект на данном этапе подсчитать не представляется возможным из-за отсутствия статистически обоснованных исходных данных.

Способ изготовления бериллиевого ротора электростатического гироскопа, при котором осуществляют формообразование полусфер с монотонно уменьшающейся толщиной стенки от h_э в экваториальной плоскости до h_п в полюсной части с наружным диаметром D_p, учитывающим припуск Δ h для уменьшения степени разнотолщинности полусфер, определяемой коэффициентом разнотолщинности

,

диффузионную сварку полусфер по плоскости их разъема посредством размещения полусфер в полусферических выемках диаметра D_п пуансонов, устанавливаемых в направляющий стакан сварочной оснастки и выполненных из материала, температурный коэффициент линейного расширения α _п которого меньше, чем у материала ротора α _p, при диаметре D_п большем D_p, нагрева оснастки с полусферами до температуры сварки Т_св, превышающей температуру Т_с совпадения диаметров D_п и D_p, с приложением осевого сварочного давления при T₁≤T_c, сферодоводку и балансировку ротора, отличающийся тем, что отношение α _р/α _п в интервале температур (Т_с-Т_св) определяют в диапазоне 1,2≤ α _p/α _п≤2,6, температуру Т_с совпадения диаметров D_p и D_п выбирают равной (0,8-0,85) от температуры начала рекристаллизации Т_р материала полусфер, температуру сварки задают в пределах Т_р<Т_св≤Т_с+360 К, причем для конкретной пары полусфер значение Т_св в указанном интервале выбирают тем меньше, чем больше значение К_h скомплектованной пары, а между встречно ориентированными торцами пуансонов сварочной оснастки симметрично свариваемым полусферам размещают кольцевую цилиндрическую вставку из недеформируемого в условиях сварки материала, высоту δ которой определяют из выражения:

δ =(α _p-α _п)· (m-n· α _p/α _п)· D_p·(360 K-Δ T_с),

где Δ Т_с=(Т_св-Т_с) [К], m и n - экспериментально полученные коэффициенты, равные (3,70± 0,05) и (1,30± 0,05) соответственно.