Повышение эффективности управления процессом лазерного термического упрочнения лезвийного инструмента на основе математических моделей

• Автор: Кирилина, Анастасия Николаевна
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Владимир
• Количество страниц: 157 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЦЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Лазерная техника и технологии термического упрочнения

1.2. Структурнофазовые превращения в сталях при лазерном нагреве.

1.3. Автоматизированное управление технологическими комплексами для лазерной термической обработки
Выводы
2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ И АЛГОРИТМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЛАЗЕРНОГО ТЕРМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ

2.1. Методика исследования тепловых процессов

2.1.1. Аналитическое решение задач теплопроводности при лазерном термическом упрочнении

2.1.2. Постановка и решение задачи лазерной закалки импульсным излучением

2.1.3. Методика моделирования тепловых процессов при лазерном термическом упрочнении
2.2. Разработка методики экспериментальных исследований процесса упрочнения.
2.3. Алгоритм автоматического управления процессом лазерного термического упрочнения.
Выводы
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ЛАЗЕРНОМ
ТЕРМОУПРОЧНЕНИИ.
3.1. Определение параметров технологического процесса и анализ исходных данных
3.2. Моделирование процесса взаимодействия лазерного излучения с упрочняемым материалом.
3.3. Анализ результатов моделирования
Выводы
4. РАЗРАБОТКА РЕГРЕССИОННОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА
ЛАЗЕРНОГО УПРОЧНЕНИЯ.
4.1. Экспериментальное исследование режимов лазерного термического упрочнения изделий из стали Х.
4.2. Разработка регрессионной модели процесса лазерного термического упрочнения
4.3. Анализ уравнения регрессии
Выводы
5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОГО ТЕРМИЧЕСКОГО
УПРОЧНЕНИЯ ЛЕЗВИЙНОГО ИНСТРУМЕНТА
5.1. Выбор оборудования и разработка технологического комплекса для целей автоматизированного лазерного термического упрочнения.
5.2. Разработка системы управления высокоскоростным лазерным термическим упрочнением.
5.3. Программноалгоритмическое и информационное обеспечение. 5 Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Решение задач, поставленных в диссертации, основывается на методах исследования и моделирования лазерных технологических систем, математического моделирования динамических систем, теории планирования эксперимента, положениях теории автоматического управления с использованием научных достижений отечественных и зарубежных ученых: Е. П. Попова, В. А. Бесекерского, Е. И. Хлыпало, Е. A.Г. Григорьянца, A. A. Углова, H. H. Рыкалина, B. C. Коваленко, В. B.Н. Бродягина, В. В. Звездина, Дж. Бека и др. Научная новизна диссертации состоит в разработке методики исследования и алгоритма автоматического управления экспериментом (аналитическим и натурным), в обосновании режимных параметров лазерного излучения и автоматизации управления упрочнением лезвийного инструмента с использованием информации о температуре в контуре обратной связи путем коррекции скорости координатных перемещений. Практическая полезность работы состоит в сокращении времени и трудовых затрат на создание систем управления, на обоснование и выбор режимных параметров, а также в стабильном повышении твердости при сохранении качества поверхности упрочняемых изделий, в создании исследовательского лазерного технологического комплекса, который используется в учебном процессе и в научных исследованиях. Разработанная методика исследования и алгоритм автоматического управления процессом лазерного термического упрочения лезвийного инструмента внедрены в научно-производственном центре «ИНОР» г. Королев. Отдельные результаты и рекомендации использованы также в ОАО «Труд» п. Вача, ООО «Судогодский текстиль», ООО «Пресс-кристалл» г. Владимир (прил. А). Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на 8 научно-технических конференциях. В их числе конференции по проблемам исследования лазерных технологических процессов и создания автоматизированных лазерных технологических комплексов: «Лазерная технология и средства ее реализации -» (г. Суздаль, ); Всероссийская научно-техническая конференция «Перспективы развития лазерных технологий» (г. Владимир, ), 3-я научно-техническая конференция «Мехатроиика, автоматизация, управление» (г. Санкт-Петербург, ). По теме диссертационной работы опубликовано печатных работ, одна из работ опубликована в издании, включенном в список рекомендованном ВАК. Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 7 наименований. Объем диссертации составляет 7 страниц машинописного текста, рисунок, таблицы, 2 приложения. В машиностроении и в других отраслях промышленности дальнейший прогресс безусловно связан с развитием новых технологий, с использованием материалов с качественно более высоким уровнем свойств, с эффективным использованием средств автоматизации. С этих позиций создание высокопроизводительных автоматизированных технологических комплексов для поверхностного упрочнения деталей представляет собой актуальную научно-техническую проблему. Известно, что термическое упрочнение деталей, достигаемое в результате объемной или поверхностной закалки, позволяет многократно увеличить срок эксплуатации, снизить массу изделий, сократить расход материалов. Внедрение в производстве современных информационных технологий и необходимость обеспечения экологической безопасности привели к новой концепции прочности и износостойкости, надежности и долговечности изделий, а именно к необходимости многократного возобновления жизненного цикла конструкционных материалов. Применяемые в настоящее время процессы поверхностного упрочнения затратны, громоздки и трудоемки, если необходимо обрабатывать мелкие партии деталей и совершенно не приемлемы в отношении сложных корпусных изделий, требующих упрочнения локальных зон - кромок, выступов, поясков. Определилось целое направление поверхностного упрочнения лезвийного инструмента: медицинских скальпелей, промышленных и бытовых ножей, а также кромок вырубных штампов, седел клапанов двигателей внутреннего сгорания, прессующих плунжеров литья под давлением, режущих кромок различных видов инструмента и технологической оснастки.