автореферат диссертации по инженерной геометрии и компьютерной графике, 05.01.01, диссертация на тему:Геометрическое моделирование картины электрического поля в камере осаждения износостойких покрытий

о 1 ^^г?

с ! жп

УДК 513.628: 621.902 На правах рукописи

АНИКЕЕВЛ НАДЕЖДА ПЕТРОВ! !л

ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КАРТИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В КАМЕРЕ ОСАЖДЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ

Спсцна.и.носи, 05.0!.0! - пррклллна.ч геомсгрич и инжси'.-'рнм гр^ф'.'кп,

Лнюреферат дисссргатш на соискание ученой степени капднлзтя технических наук

Москва 1998

Работа выполнена на кафедре прикладной геометрии Московского авиационного института (технического университета)

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Г.С. Иванов Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор K.M. Наджаров; кандидат технических наук, доцент В.А. Зубков. „ Ведущая организация - АО "Геомаш"

Защита диссертации состоится 26 MQß 1998 г., в 4 4 часов на заседании диссертационного совета Д 063. 51. 07 по специальности 05.01.01 - прикладная геометрия и инженерная графика Государственного университета пищевых производств в ауд. 504, корп. А.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим присылать по адресу. 125080, Москва, Волоколамское шоссе, 11, МГУПП, отдел учёного секретаря.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПП

Автореферат разослан г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.п.н., профессор.......'E-tt/xGktri^...............Акимова И.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность появления новых методов обработки материалов 'электрические, химико-механические, ультразвуковые и др.) вызвана, с эдной стороны, применением новых труднообрабатываемых обычным» механическими методами или вовсе не поддающихся механической обработке материалов, а с другой - необходимостью повышение работоспособности, долговечности деталей машин и инструмента ¡а счет занесения на их рабочие поверхности износостойких покрытий.

Среди методов физического осаждения покрытий широкое распространение получил метод конденсации в вакууме покрытий г.~ злазменной фазы с ионной бомбардировкой поверхностей.

Одной из основных проблем, возникающих при использовании истодов осаждения, является получение стабильных свойств покрытий по зеей рабочей поверхности изделия, что обеспечивает его высокую работоспособность. Естественно, при этом процесс осаждения не должен пменить начальную геометрию и качество материала подложки изделия. Получение равнотолщинного покрытия - одно из главных требований при шверхносгном упрочнении режущего инструмента.

Анхнп ммо1 очисленных исследований влияния ряда технологических |>ак|орон, конструктивных особенностей и материала катода на ниосостйкосгь покрытия показал, что имеются лить отрывочные, не 1сс1дн обоснованные данные об особенностях формирования толщины юкрьпия и меюдах управления сю ча счес коррекции структур.! 1лекгрическо1 о поля вокруг' тделия в камере установки. Гипотезу о влиянии мирижсинос ш элекфическот поля вокруг изделия в камере ускшовкн на сачесшо покрышя впервые высказал и исследовал Косгрюков А.В.

На наш взгляд, структура электрического поля в камере установки н рае I решающую роль в процессе формирования толщины и ткрогеомегрни покрытия. При этом необходимо учитывав как 1квии0тснциалы1ыс так н силовые линии электрического поля, так как (астицы материма покрытия двигаются по траекториям, близким к силовым ншия.м поля, и концентрируются около мест с повышенной кшряженноегмо, увеличивая в них толщину покрытия.

Таким образом, одной из актуальных задач исследования процесса каждения износостойких покрытий является прогнозирование и »бесиечепие стабильных характеристик покрытия, и сохранение ■сомстрических параметров рабочих элементов изделий сложной сометрическои формы путем коррекции структуры электрического поля.

Учитывая сложность аналитических исследований электрического юля, с одной стороны, н четко выраженную геометрическую структуру :овокуппости взаимноортогональных силовых и эквипотенциальных линий, : другой, в реферируемой работе привлечены методы геометрического юделирования.

Вышеизложенное определило цель работы: построение геометрической модели картины электрического поля в камере установки в виде ортогональных семейств силовых и эквипотенциальных линий как теоретической базы для прогнозирования и управления толщиной износостойких покрытий, осаждаемых электрофизическими методами.

Для достижения сформулированной цели исследования были поставлены и решены следующие основные задачи:

1) выполнить по литературным источникам анализ влияния физических и технологических факторов на качество покрытия с целью планирования эксперимента, подтверждающего возможность управления толщиной покрытия изменением геометрической картины электрического поля за счет изменения положения изделия в камере и введения корректирующих "масок";

2) разработать геометрический аппарат конструирования пучков алгебраических кривых с данными характеристиками с целью моделирования семейств силовых и эквипотенциальных линий;

3) разработать алгоритмы конструирования ортогональных пучков силовых и эквипотенциальных линий с учетом конструктивных особенностей камеры, формы и положения изделия в камере, а также положения корректирующих "масок".

Методика_выполнения_работы. Алгоритмы решения

сформулированных задач основаны на методах алгебраической, проективной, аналитической и начертательной геометрии, теории алгебраических кривых и нелинейных преобразований, теории и технологии электрофизического осаждения упрочняющих покрытий.

Математической обработкой экспериментальных данных и сопоставлением их результатов с фактами из теории кривых и теории поля строится теоретическая модель картины поля в камере установки. С учетом конструкции камеры, геометрии изделия и его положения в камере, наличия корректирующих "масок" строится реальная картина поля, позволяющая прогнозировать плотность распределения силовых линий по поверхности изделия следовательно, и толщину покрытия. Сопоставлением прогнозируемого распределения толщины покрытия с контрольными экспериментальными исследованиями подтверждается корректность построенных моделей электрического поля.

Общей теоретической базой настоящего исследования послужили работы отечественных и зарубежных ученых и специалистов по прикладной геометрии Волкова В.Я., Джапаридзе И.С., Иванова Г.С., Котова И.И., Лоран П.Ж., Обуховой B.C., Подгорного А.Л., Савелова A.A., Тузова Л.Д., Якунина В.И.,Фильчакова П.Ф., Пратта М., Фролова CA., Четверухина Н.Ф., Фокса

A. и их учеников:

Андреева A.A., Андреева В.Н., Аникеева *А.И., Верещака A.C.,. Третьякова И.П., Волкова Ю.С., Касьянова C.B., Кострюкова A.B., Кудннова

B.В., Полетика М.Ф., Старкова В.К., Табакова ВЛ., Ильичева J1JI. и их

учеников по вопросам теории и практики нанесения упрочняющих

покрытии. _________

Научную новизну выполненного исследования составляют следующие результаты:

1) способ уплотнения семейства эквипотенциальных линий по экспериментально полученным эквипотенциалям и значениям потенциалов на контурах изделия и камеры;

2) характеристики алгебраических кривых и их пучков, моделирующих семейства силовых и эквипотенциальных линий поля,, полученные путем сопоставления результатов экспериментальных исследований с известными из теории кривых и теории поля соотношениями и фактами;

3) способ конструирования пучков алгебраических циркулярных кривых высших порядков с наперед заданными характеристиками;

4) способ конструирования ортогональной сети теоретических силовых и эквипотенциальных линий как образа сети софокусных гипербол и эллипсов в инверсии. •

Практическая ценность выполненного исследования заключается в рат.ннчке магматических моделей, алгоритмов и реализующих их программ построения кармшы электрического поля в камере установки с целью прогнозирования и управления толщиной осаждаемого слоя на поверхности изделия. П частности, изучены факторы, искажающие теорешческую сечь силовых и эквииотеншмльных линий, связанные с [аоаршами камеры, конструкциями катода и стабилизирующей )лек1ромап|итой катушки. Сформулированы рекомендации по выбору положения изделия и корректирующих "масок" с целью получении рашютолшинного покрытия.

Па защиту вынося гея результаты, определяющие научную нови «ну и имеющие практическую ценность:

-способ уплотнения семейства эквипотенциальных линий по двум экспериментально полученным эквипотенциалям и значениям потенциалов па контурах изделия и камеры;

-характеристики циркулярных алгебраических кривых и их пучков, моделирующих семейства теоретических силовых и эквипотенциальных линии электрического поля в плоскости расслоения;

-способ конструирования ортогональной сети теоретических силовых и эквипотенциальных линий как образов сети софокусных гипербол н эллипсов в инверсии;

-математические модели, алгоритмы и реализующие их программы построения реальной картины электрического поля в камере установки;

-рекомендации по выбору положения изделия и корректирующих "масок" с целыо получения равнотолщинных покрытий.

Реализация результатов исследования. Предложенный способ прогнозирования распределения толщины покрытия по поверхности изделия путем построения реальной картины в камере установки внедрен в ОП

Курского ГНИИ "Электроагрегат" и в инструментальном цехе АО "Элеватормельмаш".

Апробаиия работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих семинарах и научно-технических конференциях:

1) На аспирантских семинарах кафедры прикладной геометрии МАИ (19951997 гг.);

2) На научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Курского государственного технического университета;

3) На международной конференции "Современные проблемы геометрического моделирования", Украина, Мелитополь, 1997 г.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 76 наименований и трех приложений. Она содержит 129 страниц машинописного текста, 37 рисунков и три таблицы.

Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть работ, в коюрых достаточно полно отражены теоретические и прикладные результаты проведенных исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования. Рассмотрено соврем .иное состояние вопроса по упрочнению рабочих поверхностей деталей машин и инструмента нанесением износостойких покрытий методом конденсации в вакууме из плазменной фазы с ионной бомбардировкой поверхностей. Высказана гипотеза о возможности прогнозирования и управления толщиной износостойких покрытий, осаждаемых электрофизическими методами путем изменения характеристик электрического поля в камере установки.

Сформулированы цель и основные задачи исследования.

Первая глава посвящена анализу влияния физических и технологических факторов на качество покрытия с целью планирования экспериментальных исследовании, подтверждающих возможность управления толщиной покрытия изменением картины электрического поля за счет варьирования положением изделия в камере и введения корректирующих "масок".

Анализ влияния на толщину покрытия изделия в регулярных точках его поверхности, углов наклона единичной площадки к оси потока плазмы и времени осаждения, когда изделие находится в стационарном положении, совершает вращательное или планетарное движение, показал, что эти зависимости подчиняются квадратичному закону и достаточно точно аппроксимируются полиномами второй степени.

Анализ толщины покрытия в переходных зонах, моделирующих режущие кромки изделия, показал, что она выше в два - три раза по

сравнению с показателями на регулярных участках, а структура материала отличается в худшую сторону. Это дает основание для формулировки гипотезы, чго структура материала покрытия, его толщина и мнкрсн еометрия материала подложки зависит от распределения напряженное i n (плотности силовых линий) электрического поля на поверхности изделия.

Для и ¡учения распределения плотности силовых линий электрического поля в камере, то есть построения наглядной его картины, разработан способ уплотнения семейства тквипотетшиалытых линий по двум экспериментально полученным Кострюковым A.B. эквипотенцналям и значениям потенциалов на контурах изделия и камеры.

Используя уплотненный каркас эквнпотенциалнй, построен каркас силовых линий, плотность которых более или менее равномерна в регулярных точках профиля изделия и резко увеличивается в окрестности особой точки. ')юг результат наглядно подтверждает гипотезу о существенном влиянии • напряженности электрического поля на процесс осаждения.

Основная особенность решаемых в этой работе задач состоит в том, что при моделировании картины электрического поля необходимо математическое описание не одной таблично заданной кривой, а двух семейств однотипных кривых, образующих в плоскости расслоения opmiопальную сеть и i пучков силовых и эквипотенциальных линий.

Для итменения картины электрического поля вводятся корректирующие "маски". Варьируя их количество и положение в камере удается в широких пределах управлять плотностью распределения силовых линий, чт покатано построением картин поля с одной и двумя "масками". С'ложносп. формы получаемых при этом силовых и жвнпогенциальных линий требует итучения их характеристик с целью обоснованного выбора аппарата их конструирования.

Вторая глава посвящена разработке геометрического аппарата конструирования пучков алгебраических кривых с заданными характеристиками с пелыо моделирования семейств силовых и жшшотенциальных линий. .

Построенные в первой главе по экспериментальным данным наглядные картины электрического поля не адекватны с реальными |ниичсскими процессами, происходящими в существующих установках для юнно-илазмениых покрытии. Поэтому была проведена коррекция картины »лсктрического поля (рис.1) с учетом того факта, чтр силовые линии исходят гт катода и тлучаюля и подходят к контуру изделия под прямым углом.

Для конструирования пучков кривых линий, моделирующих семейства гиловых и эквипотенциальных линий, надо знать их характеристики, вид и гсобенности базисных точек, задающих указанные семейства. Поэтому с тотиций теории функции комплексного переменного, точнее из еометрнческой интерпретации комплексного потенциала плоского

векторного поля, а также теории плоских алгебраических кривых высших порядков выполнен анализ характеристик кривых, составляющих ортогональные семейства силовых и эквипотенциальных линий.

Рис.1.

Показано, что эти семейства являются пучками первого порядка алгебраических циркулярных кривых с общими кратными базисными точками и фиксированными в них касательными, кругами кривизны и т.д. Детально изучены все основные характеристики кривых, образующих пучки силовых и эквипотенциальных линий картин электрического поля, не содержащих "масок" (рнс.1) и содержащих одну или две "маски". В качестве примера остановимся более подробно на анализе характеристик кривых, изображенных на рис.1.

Пучок силовых линий (е1) образован множеством алгебраических кривых четвертого порядка (п=4) (на рнс.1 одуа из них изображена утолщенной линией). Эта кривая имеет узловую (двукратную) действительную точку А (катод-излучатель).

Из 4x4=16 точек пересечения двух любых кривых ^, этого пучка четыре пересечения (2x2=4) приходятся на точку Л, а остальные 12 пересечении по 6 приходятся на циклические точки плоскости. Отсюда следует, что кривая gl является рациональной и бициркулярной, то есть имеет три двойные точки (А и циклические точки V, Т). По шесть пересечений, приходящихся на циклические точки V и Т, образуются так: 4=2x2 - попарное пересечение двух ветвей каждой кривой, проходящих через точки V и Т, 2 - попарное двухточечное касание ветвей кривых ^ и п точках V и Т.

Анализ эквипотенциальных линий и' (рнс.1) показал, что они имеют два общих фокуса - точку А (катод-излучатель) и некоторую точку В, расположенной в пределах контура модели режущего клина и. Наличие общих фокусов ошачает, что линии этого семейства инцидентны циклическим точкам V и Т и касаются здесь изотропных прямых. Таким образом, в качестве эквипотенциальных линий и' можно принять алгебраические бициркулярные замкнутые кривые четвертого порядка жанра 1. Шестнадцать точек (4x4=16) пересечения любых двух из них по восемь приходятся на циклические точки V и Т плоскости, то есть ветви кривых и' и и"1 попарно в точках V и Т имеют трехточечные касания.

Такой же анализ выполнен для картин электрических полей с одной й лвумя масками. Показано, что силовые линии, определяющие картину электрического поля с одной "маской", являются трициркулярными алгебраическими кривыми шестого порядка, жанра 2, имеющими две вещественные двойные точки А.

В третьем случае силовые линии являются циркулярными кривыми восьмого порядка жанра 6, имеющими двукратные узловые точки А, М], М; и четырехкратные циклические точки V и Т. Ветви кривых пучка (у') в точках V и Т попарно касаются изотропных прямых, а в точках Мь N1: они касаются двух фиксированных касательных, имеют равные вторые и третьи производные. *

Таким обраюм, п результате выполненного анализа характеристик ••ривых, составляющих пучки силовых и эквипотенциальных линий различных полей электрического поля, получены необходимые данные для' разработки аппарата их конструирования.

Естественным является способ их конструирования путём конформных г реобраювлний, в частности, инверсии.

Начнем с разработки аппарата конструирования силовых линий поля в плоскости расслоения камеры без экрана. Семейство силовых линий ¡■редаавляег собой пучок нерпою порядка рациональных бициркулярных кривых четвертого порядка с узловой собственной точкой А и двумя изолированными несобственными циклическими точками V и Т. При этом мнимые ветви кривых £ попарно касаются в точках V и Т изотропных прямых плоскости.

Такую кривую наиболее просто можно получить квадратичным преобразованием некоюрой кривой второю порядка В качестве квадратичною преобразования необходимо взять инверсию .Ь, у которой две фундаментальные точки Рг и Р? совпадают с циклическими точками плоскости, а центр Р, преобразования совмещен с точкой А. В качестве кривой второго порядка ц' необходимо взять гиперболу, пересекающую несобс! венную прямую и" в двух действительных точках С и Тогда ее обраюм у1 будет бпциркулярная кривая четвертого порядка, имеющая двукратную узловую точку Л, так как образы в, 0 точек С, О' совпадают с точкой Лг1'| из-за соответствия принципиальной прямой центру Р|

преобразования.

Так как гипербола ц' пересекает мнимые принципиальные прямые j2 (Г: V) II3, - (Р, - Т) каждую в двух мнимых точках, то на у' точки Р2, Р'з буду I ню тированными, то есть через точки Р;=У, Р)=Т будут проходить по две се мнимые везви.

,'1ля получения пучка кривых четвертою порядка (ц4) необходимо задан, пучок прообразов - гипербол (у'), при этом базисные точки пучка (й*) и и\ расположение относительно аипараза инверсии J; надо выбрать так, чтбы мнимые непзи кривых у1 в циклических ючках V и Т имели попарно двухточечные касания. ">тою можно добиться, если четыре мнимые базисные ючки Вь Н:, В), В4 пучка гипербол (ц') будут попарно В| и В;, и В, ко.шпейны с иешром Р, инверсии, а мнимые прямые Р'ПМ^ и 1|ВЛЬ будут орюгональны.

Аналогичные аппараты конструирования разработаны для получения силовых и эквипотенциальных линии для каршн поля с одной и двумя «масками». В случае одной «маски» пучок силовых линий получается как образ пучка кривых четверюю порядка в инверсии, а в случае двух «масок» - образ пучка кривых тестою порядка. Выявлены ззее характеристики кривых лз1х пучков, виды и особенности их базз1сш.!х точек, а также взаимные1 положения прообразов относительно аппарата ззнверенн.

В третьей главе ра зрабатьпзаются алгоритмы конструирования орююпальпых пучков силовых и эквипотенциальных линий с учетом конструктивных особенностей камеры, формы и положения изделия 31 корректирующих "масок" в камере.

Подробно рассматриваются алгоритмы конструирования сети теоретических силовых 31 эквипотенциальных линий. в камере без коррелирующих "масок". Обосновывается выбор параметров зпшерезш. Центр Р| совмещается с базисной узловой точкой Л кривых g4, моделирующих пучок силовых линий. Исследованием установлено, что радиус инвариантной окружности с1г инверсии не влияет на характерисз1!кп кривф! g4 - образа гиперболы в том числе и па условие "нпнсьшаемости" кривой ц4 в габариты камеры: озю будет выполняться всегда, если ее вырота х,„- меньше диаметра 2ут.

Как следствие из этого вывода вытекает технологическая рекомендация: если внутренние габаритные размеры камеры не соотвезс! ну ют выведенному условию, то изделие надо приблизить к кагоду-излучателюГ ч 1обГ,| расстояние х4,„ ог" Тжжнего среза стабили ¡пр\ мшен электромагнитной катушки до основания изделия было меньше вн> феннего диаметра камеры установки.

Разработана логическая схема, реализующая предложенный алгоритм построения ортогональной сети силовых и эквипотенциальных линий, как образа сети софокусных гипербол и эллипсов. Пучок гипербол отображается в пучок силовых линий идеализированною моля, а пучок эллипсов - в пучок эквипотенциальных линии. За счет конформности инверсии эти пучки будут ортогональными. Построение пучков прообразов начинается с определения нараме1ров предельных гипербол и эллипсов из условия «вписыпаемости» теоре!ическоп сети силовых и эквипотенциальных линий в габариты камеры. '

Конструирование предельной гиперболы g, проводилось, исходя из

режущего клина;

- левая ветвь гиперболы g, не должна пересекать окружность Г, соответствующую в инверсии боковой стороне камеры в действительных точках.

Исходя из этих условий, были определены параметры а, Ь, с уравнения гиперболы 8':

(*-с); у в Ь1 "

где:

(< + у1 )[2х1(хт -х,) + УХ2хт - лг,)] 4 хх^т+У1)

ь "У,

~ -с)1-а1'

После определения параметров предельной гиперболы не представляет сложности задание софокусных гипербол и эллипсов:

- общие фокусы Г ', Г " определяются, как точки пересечения окружности ("радиуса г =(а2+Ь2)'3 с центром в точке 0'(С,0) с осью Ох;

- дискретный пучок гипербол (у',), действительные полуоси которых меньше соответствующей полуоси предельной гиперболы, строятся делением отрезков ОТ, 0'2' точками I,', 2) на п равных частей, где п - число силовых линий, необходимых для визуализации картины электрического ноля; через точки 1/, 2) проводятся линии Ц,

которые, пересекаясь с окружностью £ определяют значения мнимых осей и точки, которым инцидентны асимптоты этих гипербол;

-дискретный пучок (и/) софокусных эллипсов строится начиная с эллипса и', проходящего через точку 3' - прообраз конца 3 стороны режущего клина: его большая полуось раина:-

„ И1+И1 2

а малая полуось: -

интервал изменения больших полуосей эллипсов задаётся неравенством:

Подстановкой в уравнения гипербол и эллипсов дискретной сети прообразов оператора инверсии получены уравнения "силовых" линий:

и уравнения "эквипотенциальных" линии:

- ф1 + у')]г- 'а]Р,(хг + >•') + а] Я* у1 = 0,

Так как построенная картина электрического ноля является приближенной из-за игнорирования влияния на нее границ камеры, конструкции стабилизирующей магнитной катушки, то рассмотрены пут и способы ее коррекции. •

1. Предельная силовая линия не вписывается в габариты камеры, то есть нарушено условие хт<2ут- и граница камеры, будучи предельной

гиловон линией, охватывает все остальные и удерживает их в пределах аиарнтоп камеры. Такое удерживание искажает их теоретическую форму и в сометрическом истолковании сводится к сжатию линии пучка к оси камеры. ~1ля определения коэффициента сжатия разработана блок-слема для .■ычисленич ординаты то"ки максимума, принадлежащей предельной гиловой линии.

2. Стабилизирующая электромагнитная катушка предназначена для /правления плотностью распыляемого материала катода. Геометрически это •»значась управление величиной телесного \1ла составленного в ючке А •детвями предельной силовой линии g4. 1-сли гок, поданный на карлику электромагнита, искажает расчетную величину угла <р, то его влияние в г^ом^трмчес^оч плзне аналогично влиянию границ кпл'сры усгинонун, т^. ведет к сжатию семейств силовых и эквипотенциальных линий но направлению к оси камеры и, как следствие, к нарушению их ортогональности и существенной разнотолщннности покрытия.

Искажение расчетных соотношений габаритных размеров камеры пли расположения изделия относительно катода в камере, а также величины расчетного угла <р веду г к ухудшению качества покрытия из-за нарушения теоретической картины электрического поля. Кроме того, в результате .(ндпиза влияния различных физических факторов на распределение ■ илщипы покрытия был сделан вывод: в качестве реальных силовых линий, г,о которым перемешаются частицы распыленного материала катода, следует рлссмзтривать лишь внутренние ветви теоретических силовых линий ц4; Поэтому для получения более реальной картины электрического ноля сл'-дусг строить в качестве ,'уг силс-ых линий ц4, лишь обрати правых г-':г чей семейства еофокусных гипербол у^. общий центр О' коюрь-

Приближение теоретической картины поля к реальной с учетом физических факторов, коррекция ее введением "масок" и изменением их количества и положения в камере сводятся к следующим рекомендациям и выводам: ^

1) в реальных условиях с учетом конструкций катодов, стабилизирующей катушки семейство реальных силовых линий, вдоль которых переносятся частицы напыляемого материала, составляют лишь внутренние ветви теоретических силовых линий;

2) замкнутые ветви теоретических силовых линий, исходящих из точек М|, М;,... пересечения "масок" с плоскостями расслоения не принадлежат реальным силовым линиям, т.е. вдоль этих ветвей не происходит фактический перенос частиц осаждаемого покрытия;

3) через точки М|, М?,... проходят близлежащие реальные силовые линии, поэтому, выбирая их количество и положение в камере относительно имплантируемой рабочей поверхности изделия, можно управлять плотностью размещения силовых линий на тех или иных участках поверхности изделия;

4) применение одной "маски" М, расположенной на оси камеры, целесообразно для обеспечения условия "вписываемости" теоретической силовой линии в габариты камеры;

5) две "маски" М|, Мг, смещенные от оси камеры, целесообразно использовать для обеспечения равномерности распределения плотности

. силовых линий вдоль стороны режущего клина.

Для проверки справедливости сформулированных выводов и рекомендаций была проведена серия экспериментальных исследований распределения толщины покрытия. В итоге покачано, что построенная картина электрического поля, состоящая из ортогональной сети силовых и эквипотенциальных линий, позволяет обоснованно размешать изделия и корректирующие "маски" в камере с целью получения качественного покрытия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В реферируемой работе, посвященной построению геометрической картины электрического поля в камере установки н виде ортогональных семейств силовых и эквипотенциальных Л'ший как теорсшчсской базы для прогнозирования и управления толщиной износостойких покрытий, осаждаемых электрофизическими методами, получены следующие научные и практические результаты.

I. Выполнен анализ влияния физических и технологических факторов на качество покрытия с целью планирования экспериментальных исследований, подтверждающих' возможность управления толщиной покрытия изменением картины электрического поля за счет варьирования положением изделия в камере и введением корректирующих "масок".

2. Разработан способ уплотнения семейства эквипотенциальных линий по имеющимся двум экспериментально полученным эквипотенциалням и значениям потенциалов на контурах изделия и камеры. С использованием "диаграммы градуировки" было уплотнено семейство эквииотенциалий и построено ортогональное ему семейство силовых линий, которое наглядно продемонстрировало значительное увеличение плотности силовых линий в районе режущей кромки по сравнению с прямолинейным участком и подтвердило гипотезу о существенном влиянии напряженности электрического поля на процесс осаждения.

З.Определены характеристики алгебраических кривых (порядок, жанр, вид и количество особых точек и др.) и их пучков (вид, количество базисных точек), моделирующих теоретические семейства силовых и эквипотенциальных линий поля, полученные путем сопоставления результатов экспериментальных исследований с известными из теории алгебраических кривых и теории поля соотношениями и фактами. Показано, что семейства силовых и эквипотенциальных линий являются пучками первого порядка алгебраических циркулярных кривых с общими кратными базисными точками и фиксированными в них касательными, кругами кривизны и т.д. Детально исследованы все основные характеристики кривых, образующих пучки силовых и эквипотенциальных линий рабочих моделей картин электрического поля, не содержащих "масок" и содержащих одну или две "маски".

4. Разработан способ конструирования ортогональной сети теоретических силовых и эквипотенциальных линий как образа сети софокусных гипербол и эллипсов в инверсии. Выявлена взаимосвязь характеристик сети прообразов, аппарата инверсии, их взаимного положения сети, определяющей картину электрического поля. Определены пределы изменения параметров гипербол и эллипсов, составляющих сеть прообразов. Сформулирован обоснованный вывод о построении реальной картины поля за счет использования в качестве реальных силовых линий тбльхо внутренних ветвей теоретических силовых линий.

?. Разработаны математические модели и алгоритмы построения картины электрического поля, адекватно отражающей реальные физические процессы, происходящие в камере установки с целью прогнозирования к управления толщиной осаждаемого слоя на поверхности изделия.

6. Разработаны рекомендации по выбору положения лзлелия :: . корректирующих "масок4 в камере установки для получения 1ЭПНОТОЛШИННОГО покрытия.

7. Предложенное геометрическое обеспечение позполяет срабатывать технологии равномерного осаждения покрытий на изделия ложной геометрической формы, сохраняющие их геометрические зараметры, а также прогнозировать эксплуатационные характеристики пделий при существующих технологиях.

8. Основные результаты выполненного исследования отражены в статьях. Предложенная методика управления процессом осаждения внедрена в виде рекомендаций по разработке технологии равномерного осаждения покрытий и прогнозированию эксплуатационных характеристик изделий для существующих технологий на Курском ГНИИ «Электроагрегат» и АО «Элеватормельмаш».

Основные положения диссертации опубликованы в слегтуюших работах:

1. Аникеева Н.П. "Геометрическое обеспечение упрочнения поверхностей металлорежущего инструмента износостойкими покрытиями" Тезисы докладов юбилейной конференции учёных Курского политехнического института.- Курск, 1994, с. 118-120.

2. Аникеева Н.П., Иванов Г.С. "Моделирование картины электрического поля" Межведомственный научно-технический сборник "Прикладная геометрия и инженерная графика" выпуск 59. - Киев, КТТУСА, 1996, с. 18-21.

3. Аникеева Н.П. "Влияние временного фактора на качество покрытия" Тезисы докладов научно-технической конференции. - Саратов,1996, с. 14-16.

4. Аникеева Н.П.,Иванов Г.С., Кострюков A.B. "Характеристики алгебраических кривых, моделирующих сеть силовых и эквипотенциальных линий электрического поля" 4-я международная научно-практическая конференция "Современные проблемы геометрического моделирования". -Мелитополь, ТГАТА, 1997, с. 22-25.

' 5. Аникеева H.H., Иванов Г.С. "Конструирование ортогональной сети силовых и эквипотенциальных линий" Курский государственный технический университет. - Курск, 1997, с. 7- Дсп. в ВИНИТИ 25. 08.97 № 2737-В97.

6. Аникеева II.П., Иванов Г.С. "Управление качеством покрытия изменением картины электрического поля" Курский государственный технический университет. - Курск, 1997, с 6- Дсп. в ВИНИТИ 25. 0S.97 № 2738-В97. ■ '

б/

Подписано к печати "17.02,98. Формат'60x84 1/16 '. Печатных листов il0 ; . ; Тираж 100 экз. Заказ/л '. ■* '' V

Курский государственный технический университет. 305040, Курск; уЪ. 50 лет Октября, 94 .