Управление плазменным технологическим комплексом для термообработки деталей с заданными прочностными характеристиками

• Автор: Исрафилов, Данис Ирекович
• Шифр специальности: 05.13.06, 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Набережные Челны
• Количество страниц: 141 с. : ил.

Введение

Глава 1. Исследование методов термообработки гильзы блока цилиндров

1.1. Анализ показателей качества термообработки

1.2. Способы термообработки гильзы.

1.2.1. Термообработка токами высокой частоты.

1.2.2. Лазерная термообработка.

1.2.3. Плазменная термообработка.

1.2.4. Выводы

1.3. Патентноинформационный обзор по системам управления и конструкциям плазмотронов

1.3.1. Конструктивные особенности плазмотронов.

1.3.2. Система управления

1.4. Плазменная термообработка гильзы на ВДУ 41У.3
1.5. Выводы
Глава 2. Разработка математической модели плазменного
технологического комплекса.
2.1. Металлографические исследования гильзы блока цилиндров двигателя
2.1.1. Методика проведения исследований
2.2. Исследование влияния параметров ПТК на показатели качества ТП.
2.3. Расчет параметров ПТК по заданным показателям качества термообработки.
2.3.1. Аппроксимация зависимостей характеристик ТП от параметров ПТК.
2.4. Зависимость показателей качества технологического процесса от среднемассовой температуры плазмы.
2.4.1. Экспериментальные исследования зависимости показателей качества обрабатываемых деталей от среднемассовой температуры плазменного потока.
2.5. Микроструктурный анализ образцов.
2.6. Исследование тепловых процессов, происходящих в зоне взаимодействия плазмы с металлом.
2.7. Разработка модели плазменного технологического комплекса
2.7.1. Аппроксимация зависимости показателей качества термообработки от параметров ТП
2.7.2. Информативные параметры ТП.
2.8. Выводы
Глава 3. Система автоматического управления ПТК
3.1. Информационный анализ типов САУ.
3.2. Методика разработки САУ.
3.3. Синтез САУ ПТК
3.3.1. Разработка структурной схемы САУ .
3.4. Анализ САУ
3.4.1. Расчет постоянной времени САУ
3.5. Разработка алгоритмов управления.
3.5.1. Разработка алгоритма аппроксимации функций экспериментальных исследований.
3.5.2. Разработка алгоритма расчета управляющих воздействий.
3.6. Решение оптимизационной задачи
3.6.1. Постановка задачи
3.6.2. Общий подход метода оптимизации
3.7. Метод оптимизации и стабилизации параметров САУ ПТК. .
3.8. Выводы
Глава 4. Разработка ПТК на базе кольцевого плазмотрона
4.1. Кольцевой плазмотрон
4.1.1. Конструкция и принцип действия кольцевого плазмотрона
4.1.2. Исследование эрозии электродов кольцевого плазмотрона
4.1.3. Повышение эрозионной стойкости электродов
4.2. Оптический метод измерения температуры
4.3. Фотоприемник.
4.4. Описание экспериментальной установки.
4.5. Математическая обработка результатов исследований модели ПТК на базе кольцевого плазмотрона
4.6. Проведение экспериментов и их сравнение с результатами полученной модели.
4.6.1. Режимы ПТК для термообработки гильзы на базе кольцевого плазмотрона с регулируемыми выходными параметрами
4.7. Выводы.
Заключение.
Основные результаты и выводы
Список использованной литературы


Результаты исследований и измерений обрабатывались с применением математической статистики с доверительной вероятностью 0, и пакетов прикладных программ MathCAD и Excel. Установлены зависимости среднемассовой температуры плазменного потока, определяющие показатели качества обрабатываемых деталей. Разработана система автоматического управления плазменным технологическим комплексом, обеспечивающая оптимизацию и стабилизацию его параметров для получения деталей при термообработке с заданными прочностными характеристиками. Разработана методика построения системы автоматического управления плазменным технологическим комплексом для достижения заданных показателей качества. Выделены режимы термообработки плазменным технологическим комплексом деталей цилиндрической формы, при реализации которых возможно достижение требуемых показателей качества технологического процесса. Практическая значимость работы. Внесен вклад в развитие плазменных технологических комплексов на базе кольцевого плазмотрона с регулируемыми выходными параметрами с расчетом показателей качества термообработки гильзы блока цилиндров двигателя. Разработан кольцевой плазмотрон (патент РФ №1). Результаты диссертационной работы внедрены и использованы на практике в «Департаменте развития и внедрения новых разработок» ОАО «КАМАЗ», ЗАО НПО «Оптоойл» и учебном процессе ИНЭКА. Математическую модель плазменного технологического комплекса на базе кольцевого плазмотрона с регулируемыми выходными параметрами для термообработки деталей цилиндрической формы. Систему автоматического управления плазменным технологическим комплексом, обеспечивающую оптимизацию и стабилизацию его параметров для получения деталей при термообработке с заданными прочностными характеристиками. Методику построения системы автоматического управления плазменным технологическим комплексом для достижения заданных показателей качества. Режимы термообработки плазменным технологическим комплексом деталей цилиндрической формы, при реализации которых возможно достижение требуемых показателей качества технологического процесса. Личный вклад автора в диссертационную работу состоит: в выборе и обосновании методики разработки системы автоматического управления и проведения экспериментальных исследований, анализе, синтезе, расчете параметров и обобщении полученных данных. Структура и объём диссертации. Диссертация содержит 1 страницу машинописного текста, рисунка и 3 таблицы и состоит из введения, четырёх глав,, заключения, списка литературы из наименований и приложения на листах. В первой главе приведены методы термообработки гильзы блока цилиндров двигателя, анализ показателей качества, их сравнительная оценка, патентно-информационный обзор по системам управления и конструкциям плазмотронов. Во второй главе приведены результаты металлографических исследований образцов гильзы после плазменной термообработки и исследований тепловых процессов, происходящих в зоне взаимодействия плазмы с металлом. На основе анализа микроструктурных исследований определили зависимость показателей качества технологического процесса (ТП) от среднемассовой температуры плазмы. Разработана модель плазменного технологического комплекса (ПТК). В третьей главе рассматривается анализ и синтез системы автоматического управления (САУ), а также методика ее построения, базирующаяся на связи показателей качества ТП плазменной термообработки от параметров ПТК. Воспроизводимость их значений в ходе ТП в основном зависит от стабильности температуры в зоне воздействия плазмы на металл и, как показывают экспериментальные исследования, от среднемассовой температуры плазмы. В четвертой главе решается задача по разработке кольцевого плазмотрона, представлен метод измерения температуры плазмы и приводятся результаты металлографических исследований по обработке гильзы блока цилиндров. Разработанные алгоритмы программ по расчету параметров САУ и ТП включают в себя последовательность операций в соответствии с математической моделью, по которым производится расчет управляющих воздействий на САУ для последующего их преобразования и выдачи сигналов на исполнительные механизмы.