Система управления процессами лазерной термообработки деталей машиностроения на основе стабилизации рабочих режимов

• Автор: Портнов, Сергей Михайлович
• Шифр специальности: 05.13.06, 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Набережные Челны
• Количество страниц: 145 с. : ил.

Принятые обозначения
Введение
Глава 1. Анализ влияния параметров лазерного технологического комплекса
на стабильность показателей качества термообработки
1.1. Патентно-информационный обзор по лазерной термообработке металлов и элементам системы управления лазерных технологических

комплексов
1.2. Общие вопросы технологических процессов лазерной
термообработки
1.2.1. Свойства лазерного излучения
1.2.2. Механизмы лазерной термообработки металлов
1.3. Микроструктурные исследования обработанных заготовок
Глава 2. Методы исследования процесса лазерной термообработки металлов27
2.1. Параметры лазерного технологического комплекса, влияющие на показатели качества лазерной термообработки
2.2. Исследование качества реза металлов
2.3. Расчет температурного поля в зоне взаимодействия лазерного

излучения с металлом
2.4. Оптимизация способа измерения степени поляризации теплового

излучения
2.4.1. Решение оптимизационной задачи по обеспечению требуемых
параметров системы измерения поляризационных характеристик
2.4.2. Измерение степени поляризации по двум замерам

интенсивности излучения
2.5. Сравнительная оценка расчетных и экспериментальных значений

параметров процесса лазерной закалки
2.5.1. Связь между показателями качества технологического
процесса и параметрами лазерного технологического комплекса
2.6. Последовательность расчета распределенного управления

2.6.1. Определение параметров перемещающегося лазерного

излучения - источника нагрева
2.7. Зависимость показателей качества сварки от параметров лазерного
технологического комплекса
2.7.1. Этапы расчета параметров технологического процесса
2.7.2. Расчет температуры зоны взаимодействия лазерного
излучения с металлами
2.8. Уравнение энергетического баланса лазерной резки в среде

кислорода
Глава 3. Анализ и синтез системы управления лазерного технологического

комплекса термообработки металлов
3.1. Разработка модели и исследование процесса лазерной резки
3.2. Формализованное описание процесса лазерной резки
3.2.1. Математическое описание подвижных источников

воздействия
3.2.2. Математическая модель теплового потока, наведенного
лазерным излучением. Особенности описания (моделирования) теплофизических процессов при резке металла лазерным излучением
3.2.3. Моделирование теплового поля на основе численной модели

3.3. Разработка и исследование системы автоматического управления

лазерным технологическим комплексом
3.4. Расчет показателей качества каналов регулирования
3.4.1. Расчет показателей качества канала грубой настройки
3.4.2. Расчет показателей качества канала средней настройки
3.4.3. Расчет показателей качества канала точной настройки
3.4.4. Расчет показателей качества каналов системы

автоматического управления
3.4.5. Расчет устойчивости и запасов устойчивости

3.4.6. Определение качества регулирования
Глава 4. Анализ полученных результатов и разработка принципиально новых звеньев лазерного технологического комплекса
4.1. Элементы системы автоматического управления
4.1.1. Анализ и исследование процесса позиционирования лазерного излучения относительно сварного шва
4.2. Разработка схемы измерения температуры зоне обработки
4.2.1. Метод выбранных точек
4.2.2. Метод средних
4.2.3. Метод наименьших квадратов
4.3. Металлографические исследования лазерного реза различных металлов
4.4. Расчет экономической эффективности технологического процесса резки металлов в среде кислорода
4.5. Система управления газолазерной резки металлов
Основные результаты работы
Список использованной литературы

Рисунок 2.5. Поверхность обработки при лазерной обработке в среде
а) воздуха, б) азота.
Резка металлов с другими газами (азот, воздух) не состоялась (Рисунок 2.5). Это объясняется большим вкладом энергии окисления в процесс формирования реза [33].
2.3. Расчет температурного поля в зоне взаимодействия лазерного излучения с металлом
Глубина лазерного воздействия одним из основных показателей качества.
Этот параметр обработки зависит в значительной степени от мощности
излучения, скорости резки, вида и давления газовой струи. С увеличением
мощности излучения возрастает глубина термовлияния [34].
При заданной мощности излучения существует оптимальная скорость, при
которой глубина термообработки будет наибольшей. Глубина термообработки
также зависит от степени смещения поверхности материала относительно
фокальной плоскости линзы [31].
Разработка методов и алгоритмов управления лазерным технологическим
комплексом базируется на основе расчета математической модели
распределения теплового поля при лазерной термообработке заготовки.
Исследования показывают, что основным параметром ТП сварки является
температура, так как другие параметры зависят от габаритно-весовых