Повышение эффективности процесса лазерного упрочнения путем оптимального управления технологическими параметрами
![Диссертация: Повышение эффективности процесса лазерного упрочнения путем оптимального управления технологическими параметрами](https://westud.ru/work/2529183/cover.png)
Диссертация
Существующие модели имеют сложные математические зависимости с большим количеством переменных, либо имеют приближенные аналитические выражения. Все это приводит к увеличению погрешностей в расчетах управляющих воздействий на исполнительные механизмы, так как в большинстве случаев не учитываются нелинейности характеристик физических процессов взаимодействия лазерного излучения с металлом… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОЙ ЗАКАЛКИ. К
- 1. 1. Общие вопросы технологии лазерного упрочнения 1 (
- 1. 2. Анализ изделий подвергающихся термическому упрочнению Y
- 1. 3. Анализ используемого лазерного технологического оборудования 1'
- 1. 3. 1. Оборудование для упрочнения материалов лазерным излучением 1<
- 1. 3. 2. Схемы реализации процесса лазерного упрочнения
- 1. 4. Анализ влияния параметров лазерного упрочнения на показатели качества технологического процесса
- 1. 5. Системы управления лазерными технологическими комплексами 3'
- 1. 6. Анализ методов расчета параметров технологического процесса 3'
- 1. 7. Выводы к первой главе. Цель и задачи исследования
- ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОГО УПРОЧНЕНИЯ
- 2. 1. Формализованное описание процесса лазерного упрочнения
- 2. 2. Особенности описания геометрической формы детали
- 2. 3. Математическое описание подвижных источников воздействия
- 2. 4. Математическая модель теплового потока, наведенного лазерным излучением
- 2. 4. 1. Особенности описания (моделирования) теплофизических процессов при нагреве металла ЛИ
- 2. 4. 2. Аналитические модели теплового поля
- 2. 4. 3. Моделирование теплового поля на основе численной модели
- 2. 5. Исследование теплового поля, формируемого лазерным излучением
- 2. 5. 1. Исследование термических циклов
- 2. 5. 2. Тепловое поле вблизи границ тела
- 2. 6. Выводы ко второй главе
- ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОГО УПРОЧНЕНИЯ
- 3. 1. Задание параметров процесса упрочнения при помощи термокинетических кривых
- 3. 2. Критерий оценки качества ТП при выборе технологических параметров
- 3. 3. Понятие распределенного и подвижного управления
- 3. 4. Расчет вектора управления параметрами лазерного упрочнения
- 3. 4. 1. Определение распределенного воздействия теплового источника
- 3. 4. 2. Определение параметров перемещающегося лазерного источника нагрева
- 3. 5. Выводы к третьей главе
- ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
- 4. 1. Расчет технологических параметров упрочнения коромысла клапана
- 4. 2. Разработка схемы измерения температуры в зоне обработки
- 4. 3. Разработка и исследование системы автоматического управления ЛТК
- 4. 4. Результаты упрочнения коромысла клапана
- 4. 5. Выводы к четвертой главе
Список литературы
- Григорьянц А.Г., Шиганов И. Н. «Оборудование и технология лазерной обработки материалов». М., «Высшая школа», 1990.
- Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение, 2000. 320 с.
- Звездин В. В. Управление лазерным технологическим комплексом на основе поляризации излучения обрабатываемых металлов: Дис. канд. техн. наук: Казань, 2000. 143 с.
- Полищук Ю. М. Теория автоматизированных банков информации. М., Высшая школа, 1989
- Янчар Н.В., Звездин В. В., Валиахметов P.P. Особенности автоматизации процессов обработки композиционных материалов. //Тезисы докладов Второго Международного симпозиума «Композиты и глубокая переработка ресурсов»./ КамПИ, г. Наб.Челны, 1999 г.
- Абильсиитов Г. А. Технологические лазеры. Справочник в 2-х томах. М: Машиностроение, 1991
- АСУ на промышленном предприятии: Методы создания: Справочник/С. Б. Михалёв, Р. С. Седегов, А. С. Гринберг и др. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1989.— 400 е.: ил.
- Любов Б.Я. Диффузионные процессы в неоднородных твердых телах.— М.: Наука, 1981.
- Дьяченко С.С. Металловедение и термическая обработка материалов, № 10,2(1987).
- Лазерная и электро-лучевая обработка материалов: Справочник./Н.Н. Рыкалин, А. А. Углов, И. В. Зуев, А. Н. Кокора. М.: Машиностроение, 1985. 496 с.
- Теоретические основы воздействия лазерного излучения на материалы: Учеб. пособие для ВУЗов / Б. А. Виноградов, В. Н Гавриленко, М. Н. Либенсон. Благовещенск: Изд-во БПИ, 1993. — 344 с.
- Веденов А.А., Гладуш Г. Г., Физические процессы при лазерной обработке материалов. М.: Энергоатомиздат, 1985.
- Валиахметов P.P., Звездин В. В., Янчар Н. В. Формирование композитных поверхностей деталей лазерным излучением //Тезисы докладов Второго Международного симпозиума «Композиты и глубокая переработка ресурсов»./ КамПИ, г. Наб.Челны, 1999 г.
- Коваленко B.C. Лазерная технология: Учебник. К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989.-280 с.
- Промышленное применение лазеров /Под ред. Г. Кёбнера- Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1988.-280 с.
- АбильсиитовГ.А., Велихов Е. П., Голубев B.C., Григорьянц А. Г., Лебедев Ф. В., Николаев Г. А. Мощные СО-лазеры и их применение в технологии. М.: Наука, 1984.
- Справочник по лазерам./ Под. ред. акад. A.M. Прохорова. В 2-х томах. -М.: Сов. радио, 1978.
- Лазерные технологические установки, выпускаемые в странах СНГ: Каталог-справочник/Под. ред. И. Б. Ковша — 2-е изд. Москва: Издательство НТИУЦ ЛАС, 1998 — 114 с.
- Сванидзе Э.Н., Харлампович О. Я. Технологические лазеры: Экономичность и границы эффективности. М.: Машиностроение, 1990. -80 с.
- Родионов В. Д. Технические средства АСУ ТП, Высшая школа, 1989
- Григорьянц А.Г. «Основы лазерной обработки материалов», М Машиностроение, 1989
- Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн. 3. Методы поверхностной лазерной обработки: Учебное пособие для вузов/ А. Г. Григорьянц, А. Н. Сафонов.- Под.ред. А. Г. Григорьянца. -М.: Высш. шк., 1987. 191 с.
- Звездин В.В., Зарипов Р. Ф., Ильясов Р. Ш. О стабильности показателей качества технологического процесса при лазерной обработке //Тезисы докладов республиканской VI научно-технической конференции КамАЗ-КамПИ./КамПИ, г. Наб.Челны, 1988 г.
- Республиканская VI научно-техническая конференция КамАЗ-КамПИ, Оценка причин нестабильности результатов лазерной обработки сталей (тезисы), г. Наб. Челны, 1988 г., /Звездин В.В., Валиев Р. А., Бочков В.Е.
- Сабиров И.С. Повышение показателей качества системы автоматического управления процессом лазерной закалки металлов // Актуальные проблемы авиастроения: Материалы научно-технической конференции. -Казань: КГТУ имени А. Н. Туполева, 1998. С. 136.
- Березкин Д.В. Информационно-вычислительная система управления пространственно-временными и энергетическими характеристиками лазерных технологических комплексов: Дис. канд. техн. наук: 05.13.05. -М., 1995.-257 е.: ил.
- Звездин В.В., Асанов А. З. Система автоматического управления лазерным технологическим комплексом //Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции, посвященная 10-летию КамПИ./ КамПИ, г. Наб.Челны, 1990 г.
- Ерофеев А.А. Теория автоматического управления. СПб.: Политехника, 2001.• 32. А.с.№ 1 610 706 приоритет от 06.03.90, «Система автоматическогоуправления лазерным технологическим комплексом» ,/Звездин В.В., АсановА.З.
- Теория автоматического управления: Учеб. для вузов по спец. «Автоматика и телемеханика». В 2-х ч. /Н.А.Бабаков, А. А. Воронов, А. А. Воронова и др.- Под ред. А. А. Воронова. 2-е изд., перераб. и доп. ф М.:Высш. шк., 1986. 367 е., ил.
- Завестовская И.Н., Игошин В.И., И.В. Шишковский «Расчет характеристик упрочненного слоя в модели лазерной закалки сталей» // Квантовая• электроника, № 16, № 8, 1989, с. 1636−1642.
- Бек Дж., Блакуэлл Б., Сент-Клэр Ч., мл. Некорректные обратные задачи теплопроводности: Пер. с англ. М.:Мир, 1989.
- Григорьянц А.Г., Сафонов А. Н., Тарасенко В. М., Макушева Н. А., Кауц Е. В., Гуляева Т. В. Упрочнение поверхности сплавов лазерным излучением. -Поверхность, физика, химия, механика, 1983. № 9,с.124−131.
- Гуляев А. П. Образование аустенита в низкоуглеродистых сталях. // МиТОМ. 1989. № 8. С. 21−24.• 39. Суровцев А. П., Яровой В. В., Суханов В. Е. К вопросу о кинетикипревращения в низкоуглеродистых сталях. // МиТОМ. 1986. № 2. С. 20−22.
- Гурвич JI. О., Соболь Э. Н. Влияние кинетики у-превращении лимитируемого диффузией, на расчет толщины закаленной стали. // Доклада АН СССР. Металлы. 1984. № 6. С. 154−158.
- Андрияхин В.М., Майоров B.C., Якунин В. П. Расчет поверхностной закалки железоуглеродистых сплавов с помощью технологических лазеров непрерывного действия.-Поверхность, 1983,№ 6, с. 140−147.
- Андрияхин В.М., Майоров B.C., Чеканова Н. Т., В.П. Якунин «Особенности лазерной закалки чугунов и сталей при различных режимах обработки» // Поверхность. Физика, химия, механика. 1983, № 1, с. 129−137.
- Лубочкин В.А., Сурков Г. А., Яшкевич Г. М., Яковлев Г. М. «Определение временно-энергетических параметров термообработки сталей лучом непрерывного лазера» // Изв. АН СССР. Сер. физическая 1983, т.47, № 8, с.1468−1478.
- Козлова, Елена Евгеньевна. Численное моделирование тепловых процессов при лазерной закалке деталей: Автореф. дис. на соиск. учен, степ. канд. физ.-мат. наук: АН БССР. Ин-т математики. Минск, 1990. — 16 с.
- Федосов А.И., Федосов С. А. Компьютерная программа для расчетов параметров термического цикла при импульсном поверхностном нагреве твердого тела. // МиТОМ. 2001. № 12. С. 29−31.
- Численный расчет температурных полей металлических образцов под воздействием лазерного излучения. Моделирование и оптимизация сложных систем. Вестник Киевского университета, № 3, 1984.
- Березкин, Д.В. Информационно-вычислительная система управления пространственно-временными и энергетическими характеристиками лазерных технологических комплексов: Дис. канд. техн. наук: М., 1995. -257с
- Schlebeck, Dirk- Bachmann, Matthias: The Use of Process-Modelling of Laser Hardening in Close Limit Production, in «Laser in der Technik», Hrsg. Waidelich, Springer-Verlag Heidelberg, Berlin, New York 1994, S. 650
- Сабиров И.С., Звездин B.B., Валиахметов P.P. Пути повышения эффективности процесса сварки циркониевых сплавов // Проектирование и исследование технических систем: Межвузовский научный сборник. Вып.
- Набережные Челны: КамПИ, 2002. С.83−89.
- Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн. 6. Основы лазерного термоупрочнения сплавов: Учеб. пособие для вузов /А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов- Под. ред. А. Г. Григорьянца. М.: Высш. шк., 1988.
- Песошин В.А., Глова В. И., Захаров В. М. Синтез автономных автоматных моделей для статистического моделирования. Вестник КГТУ им.
- A.Н.Туполева, 1997, вып.4.• 55. Сабиров И. С., Ахмадеев И. А. Модель лазерной закалки без оплавленияповерхности // Проектирование и исследование технических систем: Межвузовский научный сборник. Наб. Челны: КамПИ, 2002. С. 109−115.
- Теория и техника теплофизического эксперимента. 2-е изд. перераб. и доп./ Ю. А. Гортышов, Ф. Н. Дресвянников, Н. С. Идиатуллин и др.- Под ред.
- B.К.Щукина. М.:Энергоатомиздат, 1993. — 448 е., ил.
- Козлова Е.Е. Численное моделирование тепловых процессов при лазерной закалке деталей / АН БССР. Ин-т математики. Минск, 1990.
- Турчак Л.И. «Основы численных методов»: Учеб. пособие. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. — 320 с.
- Ши Д. Численные методы в задачах теплообмена: Пер. с англ.— М.: Мир, 1988,—544 с., ил.
- Численные решения задач теплопроводности. Калиниченко В. И., Кощий А. Ф., Ропавка А. И.— X.: Вища шк. Изд-во при Харьк. ун-те, 1987.— 112 с.
- Норри Д., де Фриз Ж. Введение в метод конечных элементов. Пер. с англ. -М.: Мир, 1981. -304 с., ил.
- Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация. Пер. с нем. М.: Мир, 1986.-318 е., ил.
- Самарский А.А. Введение в численные методы. М.: Наука, 1982. 272с.
- Фарлоу С. Уравнение с частными производными для научных работников и инженеров. Пер. с англ. М.: Мир, 1985. 384 е., ил.
- Пасконов В.М., Полежаев В. И., Чудов J1.A Численное моделирование процессов тепло- и массообмена. М.: Наука, 1984. 288 с.
- Математика и САПР: В 2-х кн. Кн. 1. Пер. с франц./ Шенен П., Коснар М., Гардан И. и др.-М.: Мир, 1988.-204 е., ил.
- Хайруллин А.Х. Разработка средств автоматизации проектирования прикладных программ (тезисы). Международная научно-техническая конференция «Механика машиностроения», КамПИ, АНТ, 1995 г.
- Михеев А.Ю., Морящев С. Ф., Старцев А. А. «Поглощающие покрытия для закалки излучением С02-лазера» // Поверхность. Физика, химия, механика. № 1, 1986, с. 117−122.
- Научно-технический отчет «Металлографические исследования материалов, обработанных лазерным лучом» / Звездин В. В., Ильясов Р. Ш., Кондратенко B.C., ВИНИТИ, № 5701-В-86,1986.
- Гультяев А. Визуальное моделирование в среде MATLAB: учебной курс — СПб: Питер, 2000.— 432 е.: ил.• 73. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. Пособиедля вузов. М.: Высш. шк., 1988. 239 с.
- Метьюз Дж.Г., Финк К. Д. Численные методы. Использование MATLAB, 3-е издание.: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2001. — 720 с.
- Рей У. Методы управления технологическими процессами: Пер. с англ.— М.: Мир, 1983. —368 е., ил.
- Гилл Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация: Пер. с англ.— М.: Мир, 1985.—509 е., ил.
- Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс: Пер. с англ. — М.: Радио и• связь, 1988.-128 е.: ил.
- Сабиров И.С., Ахмадеев А. И., Зиятдинов P.P., Ахметшин А. И. Об учете микротвердости при автоматизированном расчете режимов лазерной закалки // Молодежь науке будущего: Материалы научной конференции. — Набережные Челны: КамПИ, 2000. С. 126.
- Алифанов О.М., Артюхин Е. А., Румянцев С. В. Экстремальные методы решения некорректных задач. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. -288 с.
- Керов Н.В. Решение двумерной ОЗТ в цилиндрической системе координат// Инженерно-физический журнал. 1983. — Т. 45, № 5. — С. 752 756.
- Алифанов ОМ., Балашова И. Е. Выбор приближенного решения обратной задачи теплопроводности//Инженерно-физический журнал. — 1985. — Т. 48, № 5.—С. 851−860.
- Алифанов ОМ., Егоров Ю. В. Алгоритмы и результаты решения граничной обратной задачи теплопроводности в двумерной постановке//Инженерно-физический журнал. 1985. — Т. 48, № 4. — С. 658−666.
- Гребенников А.И. Метод сплайнов и решение некорректных задач теории приближений. М.: Изд-во МГУ, 1983. — 208 с.
- Кубышкин, В. А. Финягина, В. И. Метод расчета программных управлений для многомерных систем с распределенными параметрами. // Изв. РАН, Техническая кибернетика. 1994, № 1, с.141−155.
- Патент № 2 193 168, Россия, МКИ G01J 4/00 Способ измерения степени поляризации / Зиятдинов P.P., Звездин В. В., Гумеров А. Ф., Сабиров И. С. Заявка № 2 000 118 517/28.
- Пеньковский А.И. Изменения поляризационных характеристик света при отражении от границы двух изотропных сред. Оптико-механическая промышленность, 1986, № 5.
- Аззам Р., Башара Н. Эллипсометрия и поляризованный свет, М.- Мир, 1981.
- Свет Д.Я. Оптические методы измерения истинных температур. М.:Наука. 1982.
- Поскачей А. А., Чу баров Е.П. Оптико-электронные системы измерения температуры. М.:Энергия, 1979, 208с.
- Порьфирьев Л.Ф. Теория оптико-электронных приборов и систем: Учебное пособие для приборостроительных вузов. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ие, 1980.-272 е., ил.
- Алеев P.M., Звездин В. В., Мухамедяров Р. Д. Устройство для измерения степени поляризации. А.с. № 165 033. 1980.
- Оценка области применимости изотропной и локально-изотропной обобщенных моделей случайного поля. Р. Д. Мухамедяров, Р. М. Алеев, Л. Ф. Порфирьев. Изв.ВУЗов. Приборостроение, T. XIX, № 1. Л.: ЛИТМО, 1976.
- Звездин В.В. «Способ измерения температуры металла». А.с.№ 1 600 480 приоритет от 02.04.88
- Звездин В.В., Ворожейкин В. А. Метод исследования поляризационных характеристик.// Тезисы докладов международной НТК «Механика машиностроения». КамПИ, г. Наб.Челны, 1995г
- Зиятдинов P.P., Сабиров И. С., Ахметшин А. И. Применение оптико-физических методов исследования // Молодежь науке будущего:
- Материалы научной конференции. Набережные Челны: КамПИ, 2000. С. 17.
- Карих Ф.Г., Аминова Л. Ф. Способ одновременного спектрального определения примесей в низколегированных сталях // «Передовой производственный опыт в автомобилестроении». НИИАвто.пром. Экспрессинформация. № 6 1981. -С. 19−23.
- Колченко Г. И., Кузнецова М. И., Кривандин В. А. Спектральная степень черноты некоторых сплавов цветных металлов. Теплофизика высоких температур. 1983, № 5, т.21,1021 с.
- Бабушкин В.В. и др. Исследование энергетической яркости низкотемпературных излучателей путем прямого сличения с образцовой моделью АЧТ. Методы и средства высокоточных спектрора-диометрических и радиометрических измерений. Л.: Энергия, 1980, с. 36.
- Джерард А., Берч Дж. Введение в матричную оптику. М.: Мир, 1978, 206с.
- А.с.№ 1 600 480 приоритет от 02.04.88, «Способ измерения температуры металла», /Звездин В.В.
- Пеньковский А.И. Изменения поляризационных характеристик света при отражении от границы двух изотропных сред. Оптико-механическая промышленность, 1986, № 5.
- А.С.-1 730 557 СССР. МКИ G 01 N 3/02, 1/28 Концентратор микропримесей в аэрозоле. Ф. Г. Карих (СССР) № 4 809 558/26- Заяв. 02.04.90. Опубл. 30.04.92. Бюл.№ 16.
- Патент 2 085 871 РФ. МКИ 6 G 01 J 3/10. Устройство для возбуждения спектра / Ф. Г. Карих (РФ). № 94 000 909/25- Заяв. 01.01.94- Опубл. 27.07.97. Бюл. № 21.
- Клаассен К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. М.: Постмаркет, 2000
- Колесников А.А., Гельфгат Ф. Г. Проектирование многокритериальных систем управления промышленными объектами. М.: Энергоатомиздат, 1993.-304 е.: ил.
- Звездин В. В. Рубин А.Ю., Ильясов Р. Ш. Измерение температуры обрабатываемых металлов оптическими методами // Тезисы докладов V Республиканской научно-технической конференции «КамАЗ КамПИ» / КамПИ, г. Наб.Челны, 1986 г.
- Топчеев Ю.И. Атлас для проектирования систем автоматического регулирования: Учеб. пособие для втузов. М. Машиностроение, 1989.-752с.
- Микропроцессорные средства производственных систем/ В. Н. Алексеев, А. М. Коновалов, В. Г. Колосов и др.: Под общ. ред. В. Г. Колосова. -JI.Машиностроение, 1988. 287 с.
- Арсеньев Ю.Н., ЖуравлевВ.М. Проектирование систем логичского управления на микропроцессорных средствах: Учеб. пособие для вузов по спец: «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети». М.:Высш. шк., 1991.-319 с.
- Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля/А.С.Клюев, Б. В. Глазов, М. Б. Миндин и др.- Под ред. А. С. Клюева. 3-е изд., перераб. и доп. -М.:Энергоатомиздат, 1991. — 432 е.: ил.
- Топчеев Ю. И. АТЛАС для проектирования систем автоматического регулирования. М., Машиностроение, 1989
- Хайруллин А.Х. Метод повышения производительности АСИ ДВС приработе ее с У СО ИВК-13. Межвузовский научный сборник" Автоматизация технологических и производственных процессов", Наб. Челны, КамПИ, 1994
- Сабиров И.С., Звездин В. В., Янчар Н. В. Оптимизация путей построения систем автоматического управления лазерным технологическим комплексом // Молодежь науке будущего: Материалы научной конференции. — Набережные Челны: КамПИ, 2000. С. 129.
- Звездин В.В., Ворожейкин В. А., Ибрагимов P.M. Система автоматического управления лазерным технологическим комплексом
- Тезисы докладов Международной НТК «Механика машиностроения"/ КамПИ, г. Наб.Челны, 1996 г.
- Справочник по теории автоматического управления под ред. Красновский А. А. М.: Наука, 1987.
- Материаловедение и технология металлов: Учеб. для студентов машиностроит. спец. вузов/Г. П. Фетисов, М. Г. Карпман, В. М. Матюнин и др.- Под ред. Г. П. Фетисова. — М.: Высш. шк., 2000. — 638 с: ил.