автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Повышение эффективности управления процессом лазерного термического упрочнения лезвийного инструмента на основе математических моделей

На правах рукописи

003053008

Кирилина Анастасия Николаевна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЛАЗЕРНОГО ТЕРМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ ЛЕЗВИЙНОГО ИНСТРУМЕНТА НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

Специальность: 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владимир 2007

003053008

Работа выполнена на кафедре «Автоматизация технологических процессов» Владимирского государственного университета

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

кандидат технических наук, Рассказчиков Николай Геннадьевич

доцент

доктор технических наук, профессор Денисенко Владимир Иванович;

кандидат технических

Познышев Александр Николаевич.

наук

Ведущая организация:

НПЦ ВТ ЗАО «ЭНТЭК» (г. Владимир)

Зашита состоится 14 марта 2007 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д.212.025.01 Владимирского государственного университета по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87, корпус 1, ауд. 211-1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирского государственного университета по адресу: г. Владимир, ул. Горького, 87, корпус 1.

Автореферат разослан « » [гРсЛсЯ- 2007 г. Ученый секретарь

диссертационного совета, : '

доктор технических наук, профессор Р-И. Макаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Лазерное термическое упрочнение (ЛТУ) деталей, воспринимающих высокие контактные давления в условиях трения, обеспечивает увеличение стойкости против истирания и успешно конкурирует с традиционными процессами поверхностного упрочнения.

Речь идет о лезвийных инструментах, таких как медицинские скальпели, ножи бытового и промышленного назначения, а также о пуансонах для формования стекла, деталях для пресс-форм литья под давлением и др. Для изготовления названных деталей, как правило, применяют нержавеющую сталь ферритно-мартенситного класса типа стали 40X13.

Проблема состоит в том, что для повышения работоспособности изделий необходимо осуществить поверхностное упрочнение на твердость 65...70 HR.C, но по характеру легирования стали ферритно-мартенситного класса после обычной объемной или поверхностной закалки имеют структуру малоуглеродистого мартенсита с твердостью не выше 38. ..42 HRC.

Автоматизация лазерного термического упрочнения изделий из сталей типа 40X13 представляет собой самостоятельную научно-техническую проблему, связанную с обоснованием методов и технических средств управления режимами лазерного термического воздействия в реальном масштабе времени с заданной точностью.

Различными аспектами создания и применения систем управления автоматизированных лазерных технологических комплексов (АЛТК) занимаются ряд отечественных научных и производственных организаций, среди которых необходимо отметить ЦНИИ РТК (г. Санкт-Петербург), НТЦ «Лазерная техника и технология» НИИЭФА им. Д.В. Ефремова, ЗАО «Технолазер», ИПЛИТ, «Лазерные комплексы» (г. Шатура), НПП «Лазерные технологии» (г. Санкт-Петербург), СбГТУ, НПО «Полюс», НИАТ, ЭНИМС, МГТУ им. Н.Э. Баумана, КамГПИ (г. Набережные Челны) и др.

В работах Абельсиитова Г.А., Григорьянца А.Г., Коваленко B.C., Ковша И.Б., Бродягина В.Н., Звездина В.В., Новикова В.В. и других ученых отражены результаты научных исследований в области создания, исследования и эксплуатации лазерных технологических комплексов.

Вместе с тем, несмотря на значительные успехи в развитии лазерной техники для термоупрочнения, некоторые задачи, важные для создания систем управления АЛТК, решены не в полной мере. Анализ показывает,

что повышение эффективности управления процессом ЛТУ может быть достигнуто на основе совершенствования состава и структуры системы управления.

Актуальность работы определяется экономической и экологической целесообразностью внедрения ЛТУ для широкой номенклатуры изделий, воспринимающих высокие нагрузки на острых лезвиях, на кромках вырубных штампов, на выступах формообразующих деталей пресс-форм, штампов, прессующих пуансонов и др., изготавливаемых из сталей ферритно-мартенситного класса (40X13) на основе создания эффективной системы управления АЛТК.

Объектом исследования диссертации является технологический процесс лазерного термического упрочнения деталей, воспринимающих высокие контактные нагрузки в условиях истирания и износа в агрессивных средах, к которым предъявляются высокие требования по твердости, классу шероховатости и коррозионной стойкости.

Целью исследования является повышение эффективности управления процессом лазерного термического упрочнения, которое выражается в сокращении времени настройки параметров и повышении точности управления в условиях неопределенности и влияния внешних возмущений.

Для достижения поставленной в работе цели необходимо решить следующие задачи:

- выполнить обзор научно-технических материалов и установить закономерности формирования структуры и свойств легированных сталей из сильнонеравновесных состояний, индуцированных лазерным излучением;

- разработать методику исследования и алгоритм автоматического управления процессом лазерного термического упрочнения;

- провести математическое моделирование;

- исследовать зависимости твердости и глубины зоны поверхностного упрочнения от параметров лазерного излучения на основе регрессионной модели;

- разработать состав и структуру системы управления;

- разработать указания по формированию базы данных и практическому использованию результатов исследований при автоматизации процесса ЛТУ изделий для придания им более высокого уровня эксплутаци-онных свойств.

Предмет исследования диссертации составляют экспериментальные и аналитические зависимости твердости от режимов лазерного упрочнения, модели процесса и система управления с использованием информации о температуре в контуре обратной связи.

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.П. Чубарова, А.Г. Григорьянца,

A.A. Углова, H.H. Рыкалина, B.C. Коваленко, В.В. Новикова,

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.

На защиту выносятся следующие результаты:

- методика исследования процесса лазерного термического упрочнения;

- закономерности формирования температурных полей в зоне фокального пятна в зависимости от режимов лазерного излучения;

- регрессионная модель лазерного термического упрочнения;

- режимные параметры лазерного термического упрочнения изделий из стали 40X13;

- алгоритм автоматического управления ЛТУ;

- структура системы управления АЛТК.

Обоснованность и достоверность научных результатов определяется корректным использованием математических моделей и физических законов, теории планирования экспериментов, основных положений теории автоматического управления, соответствием результатов аналитических расчетов экспериментальным зависимостям, положительным опытом внедрения результатов исследований при проектировании и создании систем управления промышленными комплексами для лазерного термического упрочнения.

Практическая полезность работы состоит в сокращении времени и трудовых затрат на создание систем управления, на обоснование и выбор режимных параметров, а также в повышении твердости при сохранении качества поверхности упрочняемых изделий; в создании исследовательского лазерного технологического комплекса, который используется в учебном процессе и в научных исследованиях.

Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на 8 научно-технических конференциях. В их числе конференции по проблемам исследования ЛТУ и создания АЛТК: VII Международная конференция 1ЬЬА-2001 «Лазерные и лазерно-информационные технологии: фундаментальные проблемы и применение» (г. Суздаль, 2002); Всероссийская научно-техническая конференция «Перспективы развития лазерных технологий» (г. Владимир, 2005), 3-я научно-техническая конференция «Мехатроника, автоматизация, управление» (г. Санкт-Петербург, 2006).

По теме диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, работа [12] опубликована в издании, включенном в список рекомендованном ВАК.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 147 наименований. Объем диссертации составляет 145 страниц машинописного текста, 41 рисунок, 17 таблиц, 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, показана ее актуальность и определена область использования результатов исследований.

В первой главе рассматриваются вопросы, связанные с лазерной технологией и автоматизацией процесса ЛТУ, проанализированы особенности структурно-фазовых превращений в ферритно-мартенситных сталях и других материалах.

Процесс лазерного термического упрочнения по сравнению с другими процессами поверхностного упрочнения обладает такими очевидными преимуществами как высокая производительность, экологичность, эффективная защита поверхности от износа, смятия, продавливания, притупления кромок и острых лезвий. Это особенно актуально в отношении изде-

лий из сталей ферритно-мартенситного класса типа 40X13, термообработка которых по традиционной технологии не обеспечивает повышение твердости более 38... 42 ШС.

Особенность упрочнения лезвийного инструмента заключается в том, что термическое воздействие на обрабатываемый материал осуществляется в локальных объемах - шириной 2...3 мм, на глубину 0,1...0,5 мм. При этом необходимо не ухудшить класс шероховатости поверхности, не допустить коробления и поводок конструкции под влиянием термических напряжений.

Подбор режимов упрочнения особо актуален для сталей с высоким содержанием хрома, который как известно, расширяет а-область железа, что приводит к повышению критических температур Ас! и Ас3, в результате область допустимых температур нагрева суживается, а требования к регулированию температуры ужесточаются.

Но проблема управления режимами лазерного термического упрочнения состоит не столько в том, как рассматривать механизм и кинетику фазовых превращений, а как более точно оценить состояние, в которое переходит материал под влиянием лазерного облучения. Важнейшим параметром состояния является температура. Применяемые в настоящее время методы аналитических расчетов не обеспечивают требуемой точности и достоверности. Поэтому представляется целесообразным использовать аналитические расчеты для предварительного выбора и обоснования режимов лазерного термического упрочнения, а для более точного их определения разработать такую систему управления лазерной обработкой, которая, наряду с помехозащищенностью и устойчивостью по отношению к внешним возмущениям, располагала бы техническими и программно-алгоритмическими средствами для сбора достоверной экспериментальной информации и осуществления необходимых корректирующих воздействий.

Анализ информации о существующих в настоящее время АЛТК показал, что системы автоматического управления последних построены по разомкнутому принципу, относительно объекта регулирования. Здесь стабилизируются лишь задающие параметры процесса (мощность излучения, скорость перемещения, размер пятна нагрева), т.е. возмущения, действующие на АЛТК, не компенсируются. Одним из решений этой задачи является введение обратной связи по температуре.

5

Вторая глава посвящена разработке методики исследования и алгоритма автоматического управления процессом лазерного термического упрочнения.

Для обоснования выбора режимов упрочнения поставлена задача установить зависимости влияния скорости координатных перемещений на глубину упрочненной зоны и на протяженность зоны термического влияния; влияние скорости и плотности мощности на изменение скорости охлаждения в зоне лазерного воздействия.

Определение этих зависимостей экспериментальным путем потребовало бы значительных затрат, поэтому на этапе выявления наиболее общих закономерностей и взаимосвязей между различными факторами целесообразно воспользоваться не самим объектом, а математической моделью соответствующих тепловых процессов.

Сравнительный анализ применяемых аналитических методов исследования тепловых процессов при лазерном воздействии показывает, что для решения поставленной задачи можно воспользоваться численным интегрированием в пространстве и во времени исходной системы дифференциальных уравнений. В соответствии с предложенной методикой осуществляется разбивка расчетной области с помощью сеток, получение разностных выражений, решение системы алгебраических уравнений и моделирование на ЭВМ.

Моделирование предоставляет возможность с учетом, теплофизиче-ских свойств материала, режимов лазерного излучения получить массивы значений температур во всех узлах расчетной области в течение заданного числа шагов по времени, следующих с определенным интервалом и при этом исследовать динамику распределения температур по времени и в направлении координатных осей; группируя узлы по сходным признакам можно прогнозировать глубину закалки и протяженность структурных зон, возникающих при лазерном термоупрочнении.

Рассмотрены аналитические решения уравнений теплопроводности при лазерном термическом упрочнении в импульсном режиме и предложена методика моделирования тепловых процессов на базе численных методов.

Моделирование тепловых процессов и экспериментальные исследования твердости после термического упрочнения рассмотрены во взаимосвя-

зи для обоснованного выбора пределов варьирования целого ряда параметров, влияющих на эффективность упрочения.

Методика исследования процесса упрочнения построена на активном многофакторном эксперименте и используется для установления регрессионной зависимости твердости обработанной поверхности от переменных параметров лазерного излучения - энергии импульса, диаметра фокального пятна, частоты импульсов, скорости координатных перемещений.

Алгоритм автоматического управления наряду с процедурами непосредственных измерений и отработки управляющих воздействий включает подготовительные этапы, обеспечивающие настройку параметров процесса, моделирование, регрессионный анализ, обращение к базам данных, экспериментальные исследования. Это трудоемкий и длительный процесс, но целесообразность его выполнения определяется полученной информацией для совершенствования и развития процесса.

Схема алгоритма автоматического управления экспериментом представлена на рис. 1.

Данный алгоритм отражает управление процессом при наличии внешних возмущений и неопределенности параметров термического упрочнения (изменение коэффициента поглощения излучения упрочняемой поверхности, мощности излучения, радиуса пятна нагрева и др.), и включает такие этапы как настройка параметров излучения, анализ закономерностей тепловых явлений, выполнение расчетов для получения регрессионной модели, использование базы данных, а при необходимости выполнение стабилизации параметров процесса ЛТУ при наличии внешних возмущений путем коррекции скорости координатных перемещений.

В третьей главе приведены результаты моделирования тепловых процессов лазерного термического упрочнения.

Основное внимание обращено на определение глубины упрочненной зоны гзак и протяженности зоны термического влияния //„,. Для стали 40X13 было проведено моделирование со следующими параметрами обработки: размер обрабатываемой детали 0,1x0,2x0,001 м, гп - радиус пятна варьировался в диапазоне 0,410'3...1,5 10'3 м, Р - мощность излучения в пределах 300...500 Вт, V - скорость перемещения стола 0,01...0,04 м/с (рис. 2).

Рис 1 Алгоритм автоматического управления экспериментом для процесса ЛТУ

Аналогичные расчет выполнены также для сталей У8, 4Х5МФС, Х12М. Анализ этих результатов показывает, что в силу различия теплофи-зических свойств даже при одинаковых температурах фазовых превращений, сочетание режимных параметров, установленное, например для стали 40X13, не может быть использовано для сталей другого состава.

а) б)

в)

Рис. 2. Влияние скорости координатных перемещений иа а - глубину зоны термического влияния, б - глубину упрочненною слоя, в - распределение температуры по глубине.

Обозначения режимов:

---га=0,4 Ю'3 м, Р=350Вт- -- -/-„=0,5 101 м, /> = 350 Вт;

------гП=0,4 10'3 м,Р = 300 Вт; - - - г„=0,5 10'э м, Р = 300 Вт.

Варьирование переменными параметрами показало, что зафиксировать и температуру на поверхности, и прогрев до требуемой температуры ма заданной глубине при скорости координатных перемещений 0,005... 0,03 м/с можно, но при практической реализации может возникнуть

проблема устойчивости управления, которая может быть достигнута при условии поддержания с высокой точностью значений параметров процесса ЛТУ. Отклонение /•„, например на 0,1 мм, приводит к изменению температуры по пятну нагрева на 50... 100 К.

Анализ температурных явлений при лазерном термическом упрочнении следует рассматривать как необходимый этап в разработке процесса в целом. При создании систем управления температура может рассматриваться в качестве выходного параметра, значение которого можно использовать в контуре обратной связи для стабилизации энергетического воздействия на обрабатываемый материал.

Моделирование температурных процессов представляет наглядную информацию о распределении температур в окрестности фокального пятна по трем координатным осям на стадиях нагрева и охлаждения; выделяя зоны критических температур, можно визуально оценивать распространение зон термического влияния и при этом, не прибегая к трудоемким натурным экспериментам, определять ограничения на плотность мощности, продолжительность импульса, диаметр фокального пятна, исключающие ухудшение состояния поверхности или недостаточное упрочнение.

Выполненное моделирование позволило установить пределы варьирования параметрами, которые для стали 40X13 из условия достижения требуемой твердости без оплавления составили: скорость обработки V = 0,02.. 0,05 м/с, плотность мощности с/ = 0,4 10'...0,8 109 Вт/м2. Однако, требуется экспериментальная проверка исследований.

В четвертой главе по результатам экспериментальных исследований разработана регрессионная модель процесса ЛТУ. Для выявления степени влияния переменных параметров (факторов) на твердость упрочненного слоя использовались математические методы планирования эксперимента.

В качестве параметра оптимизации у была выбрана твердость упроченного слоя, варьируемые факторы: хх - скорость координатных перемещений, х2 — расфокусировка, х} - частота следования импульсов.

Исходная твердость лезвия составляла 42 НКС. Материал полотна ножа - сталь 40X13.

Планирование эксперимента было проведено для четырех планов в соответствии с алгоритмом исследования. При выборе плана учитывались критерий оптимизации и число опытов. В данном случае всем требованиям

удовлетворял полный факторный эксперимент, который позволяет качественно оценить линейные эффекты и эффекты взаимодействия.

После обработки результатов было получено следующее уравнение регрессии:

у = 557,5-22,5*1 -15*2 ~57,5*з + 20*t*2 - 22,5*1*3 -30*2*3 +20*1*2*3

Адекватность модели подтверждена по критерию Фишера. Анализ уравнения показывает, что наиболее существенно на твердость обрабатываемой поверхности влияет значение частоты импульсов, далее по значимости соответственно значения скорости и расфокусировки; коэффициенты регрессии при *ь *2 и *3 отрицательные, т.е. с уменьшением значения соответствующего фактора твердость будет увеличиваться.

Тот факт, что твердость обработанной поверхности повышается с уменьшением частоты импульсов, согласуется с возрастанием твердости при повторной закалке и свидетельствует о важности концентрации энергии. К тому же самому выводу можно прийти, рассматривая влияние скорости и расфокусировки.

В целях снижения затрат времени на планирование и проведение исследований разработана специальная программа «Эксперимент». Программа была разработана в среде Delphi 5 фирмы Borland International, для Windows.

Измерения распределения твердости по глубине упрочненного слоя (рис 3) подтверждают зависимость твердости от температуры. Характер этой зависимости близок к распределению температур в момент окончания лазерного воздействия (рис. 2, в), что определяет возможность использования результатов моделирования тепловых процессов для оценки эффективности лазерного термического упрочнения.

Снижение твердости по глубине не оставляет сомнения в том, что степень аустенизации структуры будет тем выше, чем больше перегрев выше температуры Ас3, но для того чтобы сохранить класс шероховатости поверхности и не допустить релаксации термических напряжений верхнюю температуру нагрева важно ограничить на уровне 1300...1350 °С.

Снижение плотности мощности при прочих одинаковых условиях привело к снижению твердости по центрам пятен нагрева и к значительному повышению до 23300 МПа в зоне перекрытия пятен (рис. 4 и 5).

и

Причина здесь, вероятно, состоит в том, что в первом случае сложение тепловых потоков от двух пятен привело к отпуску (разупрочнению) стали в зоне перекрытия.

Нц 10'. МПа

2500

1500

500

0,25

0.50

Ь, мм

Рис 3 Распределение микротвердости по глубине упрочненного слоя

Во втором случае нагрев по первому пятну (слева) обеспечил распределение твердости от центра к периферии соответственно 14600, 13600, 13200 МПа и эти результаты можно расценивать как неполную закалку. Что же касается повышения твердости в зоне перекрытия, то на основании выполненных металлографических исследований относительно причин аномального характера термического упрочнения можно высказать следующие предположения.

Во время первого нагрева происходит полное или частичное превращение исходной структуры в аустенит, а при последующем охлаждении -закалка (в данном случае неполная). При нагреве по второму пятну в зоне перекрытия исходная структура представляет мартенсит и его превращение в аустенит происходит по бездиффузионному механизму, т.е. при прочих одинаковых условиях достигается более полная аустенизация, а, следовательно, и более высокая твердость. Обращает на себя внимание и тот факт, что достигаемый уровень твердости 23300 МПа существенно выше, чем при объемной закалке, что можно связать с накоплением энергии упругих искажений кристаллической решетки в аустените под влиянием возникающих при интенсивном нагреве термических напряжений.

12

Рис 4. Распределение твердости fio пятну нагрева при плотности мощности 0,48 [О9 Вт/м2

Выявленные закономерности поз иол я ют существенным образом скорректировать представления о взаимосвязи между плотностью мощности и степенью упрочнения обрабатываемого материала. Зависимость твердости от температуры носит экстремальный характер, причем уровень температуры, по достижении которой твердость снижается, должен быть ограничен пределом Ас3 + (100...200 К). Если до настоящего времени при выборе плотности мощности основным требованием было ограничение перегрева с целью не допустить оплавления, то с учетом возможности достижения более высокого уровня упрочнения управление режимными параметрами следует осуществлять таким образом, чтобы помехи и внешние возмущения, влияющие на точность регулирования температуры, устранять в реальном режиме времени.

Рис. 5. Распределение твердое™ по пятну нагрена при плотности мощности 0,36 !0''Вт/м3

По графикам на рис, 4 и 5 можно сделать вывод, что требуемое упрочнение может быть достигнуто управлением с высокой точностью плотностью излучения в течение определенного отрезка времени, Установлено, что для повышения твердости поверхности лезвийного инструмента из стали 40X13 до 65,..70 НЯС при глубине упрочненного слоя 0,25...0,30 мм необходимо обеспечить плотность излучения 0,6510Ч Вт/м2 при частоте импульсов 15 Гц.

В пятой главе предложена система управления процессом.

При разработке системы управления внимание обращено на сбор и обработку информации о нестационарных процессах теплопередачи в окрестности фокального пятна. С этой целью в структуре управления предусмотрены тепловизор ТИегтоСЛМ 565 (Швеция), специальная крейт-система №2000 для измерений температур контактным методом, а также малоинерционнын пирометр Наг/^ег 3/. Контактный метол применяется для тарировки тепловизора перед началом измерений, т.е. вносится поправка на коэффициент излучения материала по температуре «эталонной» точки. Разработанная структурная схема приведена на рис, 6.

Тепловизор входит в состав системы управления для формирования баз данных и составления модели процесса. Мощное программное обеспечение тепловизора ThermoCAM Researcher Professional позволяет получать данные о значениях температур в виде термограмм, кривых распределения значений на плоскости по выбранным направлениям или точкам в виде ги-строграмм и таблиц.

Рис 6 Структура системы управления процессом ЛТУ Обозначения. ТОУ - технологический объект управления, УСО - устройство связи с объектом, ЛИ - лазерное излучение

Характерный вид термограммы, снятой в зоне взаимодействия лазерного излучения с упрочняемым материалом, представлен на рис.7, а на рис. 8 приведены кривые распределения температур по линиям ¿/01 и Ь/02 в окрестности пятна нагрева в радиальных направлениях Ях и Ку соответственно перпендикулярном координатному перемещению и по направлению перемещения через центр пятна.

Рис. 7. Термограммы взаимодействия лазерного излучения с упрочняемым

материалом

Рис. 8. Кривые распределения температур в зоне термического упрочнения

Для проверки работоспособности предложенной структуры системы управления разработана модель привода координатных перемещений с нелинейными корректирующим устройством (блоком коррекции скорости перемещений в функции ошибки по температуре) (рис. 9).

Моделирование выполнено в системе МАТЬАВ 6.5, модель приведена на рис. 10. В блоке задания режимов обработки задаются температуры начального состояния детали и требуемой для процесса упрочнения (для лазерного упрочнения стали 40X13 ГН1Ч = 20 °С, 7^=1300 °С).

В качестве модели процесса в структуре автоматизированной системы управления использована функция - зависимость температуры от скорости, полученная на основе анализа инфракрасных видеоизображений температурных полей, а в качестве модели вычислителя скорости И) - аппроксимирующая функция скорости координатных перемещений от темпера-

16

туры, полученная решением тепловой задачи численными методами в среде MathCAD 2001 Pro.

г,

Рис. 9. Модель привода с коррекцией скорости перемещений в функции ошибки по температуре Обозначения заданная температура термообработки; е - ошибка по температуре;

II, при £ = 0,

1 + кс при е < 0 ~ коррекция скорости перемещений, 1 -ке, при г > 0.

где к - коэффициент усиления, - модель процесса, значение фактической температуры, 1ф1 - значение температуры, полученное с датчика температуры (тепловизор, пирометр), у3 - задание по скорости, V - фактическая скорость привода

Например, для стали 40X13 при следующих режимах обработки: размер обрабатываемой детали 0,1x0,2x0,002 м, радиус пятна /"„=1,5 Ю"3^- 410" 3 м, мощность излучения Р=300-5-500 Вт, были получены следующие зависимости К] = -0,000258 Г+0,405, где среднеквадратичная ошибка составила 0,044 и ^з = 73469,99у3 - 4516,23у2 - 4664,2\> +1215,01, среднеквадратичная ошибка составила 0,012.

Переходный процесс по температуре зависит от настройки внутреннего контура регулирования скорости. Время переходного процесса 1П „ должно быть не больше времени взаимодействия т„ = 2г„/у лазерного излучения с обрабатываемым материалом, а коэффициент перерегулирования не должен превышать 5%.

Модель вычислотеля скорости

(пирометр)

Рис 10 Модель привода в среде МшЬЬАВ

В результате моделирования получили следующее: время переходного процесса /п „ =0,05 с и коэффициент перерегулирования 0 = 2,8%, что полностью соответствуют требованиям технологического процесса. В установившемся режиме ошибка регулирования по температуре составила £ менее 1%.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработанная методика исследования включает в качестве необходимых этапов выполнение анализа тепловых процессов численным моделированием, расчетов по регрессионной модели, построенной для активного многофакторного эксперимента, отработку алгоритма управления, обращение к базам данных и обеспечивает снижение затрат на создание систем управления процессом лазерного термического упрочения.

2. Выявленные закономерности процесса лазерного термического упрочнения использованы при выборе технических и программно-аппаратных средств автоматизации, при обосновании параметров лазерного термического воздействия при поверхностном упрочнении лезвийных инструментов. Достигнутый уровень упрочнения изделий из стали 40X13 создает условия для их многократного использования и увеличения продолжительности жизненного цикла.

3. Результаты моделирования и экспериментальных исследований лазерного термического упрочнения показали, что для достижения стабильно высокой твердости в состав системы управления необходимо включить датчик температуры по пятну нагрева. Определен состав АЛТК и разработана структура системы управления; использование блока коррекции приводов координатных перемещений обеспечивает устойчивое управление упрочнением в заданном диапазоне термического цикла в реальном режиме времени с отклонениями от точности поддержания температуры в переходном режиме менее 5%, в установившемся режиме менее 1%.

4. Обоснован выбор параметров процесса, лазерное термическое упрочнение ножей из стали 40X13 используется на нескольких предприятиях, гарантирует увеличение срока службы изделий в 2. 3 раза и представляет собой продукт для широкой реализации в промышленности.

5. На основе результатов выполненных исследований разработан автоматизированный лазерный технологический комплекс, который используется во Владимирском государственном университете в учебном процессе, в научной и производственной деятельности.

Публикации, отражающие результаты работы:

1. В.Ф.Коростелев, Н.Г.Рассказчиков, А.Н. Кирилина. Лазерная обработка формообразующего инструмента // Лазерная технология и средства ее реализации - 97. Материалы научно-технической конференции, г. Санкт-Петербург, 1997. С. 40 - 42.

2. Н.Г. Рассказчиков, В.И. Югов, А.Н. Кирилина, Д В. Демин Инструментальные средства лазерных технологий // Перспективные технологии автоматизации: Тезисы докладов международной электронной научн,-техн. Вологда: ВоГТУ, 1999. С. 11 - 12.

3. Н.Г. Рассказчиков, А.Н. Кирилина. Автоматизация программирования промышленного робота РМ-01 для управления процессом лазерной обработки формообразующего инструмента //«Нечеткая логика, интеллектуальные системы и технологии»: Материалы Междунар. науч.-техн. конф. / Под ред.В.Г. Чернова; Владим. гос. ун-т. Владимир, 1998. С. 144 —145.

4. В.И. Югов, А.Н. Кирилина, Н.Г. Рассказчиков. Экспериментальные исследования и модель лазерной термообработки ножей. // Производственные технологии: Материалы 3-й Междунар. науч.-техн. конф. / Владим. гос. ун-т. Владимир, 2000. С. 60 - 63.

5. V.I.Ugov, N.G. Rasskaschikov, A.N. Kirilina etc. The research of process of laser treatment in manufacture of products from glass, fiber glasses, fiber glass fabrics and materials on their basis. П Seventeenth International Conference on Laser and Laser-Information Technologies, Vladislav Ya. Panchenko, Vladimir S. Golubev, Editors, Proceedings of SPIE Vol. 4644,2002. P. 68-72.

6. В.И. Югов, Н.Г.Рассказчиков, А.Н.Кирилина, А.И. Попов. Использование метода регрессионного анализа для создания математической модели лазерной термообработки ножей // Материалы научно-технической конференции «Проблемы машиностроения на современном этапе» - Владимир, ВлГУ, 2003. С.25 - 26.

7. Кирилина А.Н. Моделирование процессов лазерного термоупрочнения ножей // Производственные технологии и качество продукции. Материалы 5-й Международной научно-технической конф. 14 -17 октября 2003 г. -М.: «Новыетехнологии», 2003. С.147-151.

8. Кирилина А.Н. Разработка структуры системы управления процессом лазерного термического упрочнения. Перспективы развития лазерных технологий // Труды научно-технической конференции с международным участием. - М,- Новые технологии, 2005. С. 43 - 49.

9. Кирилина А.Н. Вычислительная модель процесса лазерного термоупрочнения при построении систем управления // Ежегодная XVII Международная Интернет-конференция молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения (МИКМУС пробмаш 2005), 21 -23 декабря 2005 г. г. Москва. http://www.imash.ru/conf/mega/2005.

10. Коростелев В.Ф., Рассказчиков Н.Г., Кирилина А.Н., Рассказчиков А.Н. Тепловая диагностика, контроль и управление технологическими процессами и оборудованием // Материалы 3-й научно-технической конференции «Мехатроника, автоматизация, управление». - СПб. 2006. С. 313 -317.

11. Коростелев В.Ф., Рассказчиков Н.Г., Кирилина А.Н., Рассказчиков А.Н. Автоматизация управления лазерным термическим упрочнением // Материалы 3-й научно-технической конференции «Мехатроника, автоматизация, управление». - СПб. 2006. С. 329 - 331.

В изданиях рекомендованных ВАК:

12. Кирилина А.Н. Применение средств тепловизионного контроля в системе управления процессом лазерного термического упрочнения // «Автоматизация в промышленности», № 1, 2007. С. 5-7.

Подписано в печать 07.02 07. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 0,93. Тираж 100 экз. Заказ 2.4-200 7п Издательство Владимирского государственного университета. 600000, Владимир, ул. Горького, 87.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЦЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Лазерная техника и технологии термического упрочнения.

1.2. Структурно-фазовые 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. 6В

Выводы.

4. РАЗРАБОТКА РЕГРЕССИОННОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА

ЛАЗЕРНОГО УПРОЧНЕНИЯ.

4.1. Экспериментальное исследование режимов лазерного термического упрочнения изделий из стали 40X13.

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. Программно-алгоритмическое и информационное обеспечение. 115 Выводы.

Создание лазерной техники и лазерных технологий является одним из приоритетных направлений развития науки и техники Российской Федерации на ближайшие десятилетия.

Лазерное термическое упрочнение деталей, воспринимающих высокие контактные давления в условиях трения, обеспечивает увеличение стойкости против истирания и успешно конкурирует с традиционными процессами поверхностного упрочнения.

В то же время можно указать на обширную номенклатуру изделий, к которым предъявляются одновременно требования высокой твердости и износостойкости, высокого класса шероховатости поверхности и сопротивления коррозии в агрессивных средах.

Речь идет о лезвийных инструментах, таких как медицинские скальпели, ножи бытового и промышленного назначения, а также о пуансонах для формования стекла, деталях для пресс форм литья под давлением и др. Характерно, что для изготовления названных деталей, как правило, применяют нержавеющую сталь ферритно-мартенситного класса типа 40X13.

Проблема состоит в том, что для повышения работоспособности изделий из данного типа стали необходимо осуществить поверхностное упрочнение на твердость 65.70 HRC, но по характеру легирования стали ферритно-мартенситного класса после обычной объемной или поверхностной закалки имеют структуру малоуглеродистого мартенсита с твердостью не выше 38.42 HRC.

Известно, что для данного класса сталей лазерное упрочнение следует проводить в узком интервале режимов обработки, обеспечивающих образование мартенсита с достаточным количеством углерода, когда растворение карбидов находится на начальной стадии, а для сохранения высокого класса шероховатости поверхности лезвийного инструмента упрочнение следует проводить в режиме без оплавления. Оптимальный режим обработки достигается подбором параметров (скорости подачи, мощности, длительности импульса и т.д.). Причем для каждой марки стали следует подбирать конкретный режим.

Предварительные исследования, выполненные на лазерах непрерывного и импульсного излучения, указывают на принципиальную возможность достижения заданного уровня твердости, но эти результаты не стабильны, исследования необходимо продолжить, обратив особое внимание на выбор состава технических средств и программно-аппаратного обеспечения системы автоматического управления процессом.

Автоматизация лазерного термического упрочнения изделий из сталей типа 40X13, У8, 4Х5МФС, Х12М представляет собой самостоятельную научно-техническую проблему, связанную с обоснованием методов и технических средств управления режимами лазерного термического воздействия в реальном режиме времени с заданной точностью.

Анализ различных вариантов решения этой проблемы показывает, что наиболее перспективным направлениями являются контроль за ходом технологического процесса путем измерения температуры в зоне обработки, создание условий для обеспечения требуемых скоростей нагрева и охлаждения зоны взаимодействия, времени выдержки и введении в систему управления автоматизированного лазерного технологического комплекса обратных связей для управления параметрами технологического процесса.

Для этого необходимо провести анализ влияния на твердость технологических параметров с помощью математических моделей, разработать и исследовать структуру системы автоматического управления автоматизированного лазерного технологического комплекса для лазерного упрочнения.

В отличие от упрочнения чугунных форм для литья стеклотары, кромок штампов из сталей типа Х12М, инструментов из сталей типа Р6М5 и др., где допускается оплавление поверхности и последующая подшлифовка, а потому, определяющими требованиями при разработке методов исследований и технических средств автоматизации термического упрочнения указанных выше изделий из стали 40X13 является:

- возможность предварительного расчета и анализа температурных полей в зоне пятна лазерного воздействия на основе математических моделей;

- возможность анализа влияния параметров процесса на формирование структуры и твердости поверхности с использованием регрессионных моделей;

- создание базы данных о технологических параметрах лазерного термического упрочнения различных материалов;

- обеспечение системой управления коррекции скорости координатных перемещений и других параметров с использованием информации о температуре в контуре обратной связи.

Существующие вычислительные модели температурных полей имеют сложные математические зависимости с большим количеством переменных, или используют приближенные аналитические выражения. Это приводит к увеличению погрешностей в формировании управляющих воздействий на исполнительные устройства, так как при этом не учитываются особенности обрабатываемого материала. Вычислительная модель лазерного термоупрочнения необходима для предварительной оценки влияния режимов нагрева и охлаждения, а сочетание контактных и бесконтактных методов измерения температур позволяет найти достоверные режимы обработки материалов и необходимые управляющие воздействия. В этой связи актуальной задачей является создание методик определения значений параметров технологического процесса лазерного упрочнения по заданным требованиям и условиям эксплуатации детали.

Объектом исследования диссертации является технологический процесс лазерного термического упрочнения деталей, воспринимающих высокие контактные нагрузки в условиях износа и истирания в агрессивных средах, к которым предъявляются высокие требования по твердости, классу шероховатости и коррозионной стойкости.

К настоящему времени накоплен значительный производственный опыт, выявлены важные закономерности процесса, однако существует явное противоречие между темпами развития лазерной техники и темпами разработки высокоэффективных процессов ввиду отсутствия возможности количественной оценки влияния параметров лазерного излучения на изменение структуры и свойств обрабатываемых изделий, что отрицательно сказывается на масштабах освоения лазерного термического упрочнения в промышленности.

Целью исследования является повышение эффективности управления лазерным термическим упрочнением, которое выражается в сокращении времени настройки и коррекции параметров процесса, повышении точности управления, в том числе, в условиях неопределенности и влияния внешних возмущений.

Актуальность работы определяется экономической целесообразностью внедрения лазерного термического упрочнения для широкой номенклатуры изделий, воспринимающих высокие нагрузки на острых лезвиях, на кромках вырубных штампов, на выступах формообразующих деталей пресс-форм, штампов, прессующих пуансонов и др., изготавливаемых из сталей ферритно-мартенситного класса (40X13) на основе расширения возможностей системы управления автоматизированным лазерным технологическим комплексом.

Процесс лазерного термического упрочнения сопровождается сложными физико-механическими явлениями: нагревом и охлаждением, возникающими термическими напряжениями, протеканием пластических деформаций, смещением равновесных температур фазовых превращений, качественным изменением механизма и кинетики процессов образования и взаимодействия фаз. Формирование структур при ЛТУ происходит из сильнонеравновесных состояний, поэтому разработка математических моделей оценки влияния отдельных параметров лазерного излучения, выбор структуры системы управления лазерного технологического комплекса, а также разработка методик моделирования и оценки состояния обрабатываемого материала составляют новую научную задачу, имеющую практическое значение.

Для достижения поставленной в работе цели необходимо решить следующие задачи:

- выполнить обзор научно-технических материалов и установить закономерности формирования структуры и свойств легированных сталей из сильнонеравновесных состояний, индуцированных лазерным излучением;

- разработать методику исследования и алгоритм автоматического управления процессом лазерного термического упрочнения;

- провести математическое моделирование;

- исследовать зависимости твердости и глубины зоны поверхностного упрочнения от параметров лазерного излучения на основе регрессионной модели;

- разработать состав и структуру системы управления;

- разработать указания по формированию базы данных и практическому использованию результатов исследований при автоматизации процесса лазерного термоупрочнения изделий для придания им более высокого уровня эксплутационных свойств.

Предмет исследования диссертации составляют экспериментальные и аналитические зависимости твердости от режимов лазерного упрочнения, обоснование управления с использованием информации о температуре по пятну нагрева в контуре обратной связи.

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.П. Чубарова,

A.Г. Григорьянца, А.А. Углова, Н.Н. Рыкалина, B.C. Коваленко, В.В. Новикова,

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.

На защиту выносятся следующие результаты:

- методика исследования процесса лазерного термического упрочнения;

- закономерности формирования температурных полей в зоне фокального пятна в зависимости от режимов лазерного излучения;

- регрессионная модель лазерного термического упрочнения;

- режимные параметры лазерного термического упрочнения изделий из стали 40X13;

- алгоритм автоматического управления лазерным термическим упрочнением;

- структура системы управления автоматизированного лазерного технологического комплекса.

Обоснованность и достоверность научных результатов определяется корректным использованием математических моделей и физических законов, теории планирования экспериментов, основных положений теории и автоматического управления, соответствием результатов аналитических расчетов экспериментальным зависимостям, положительным опытом внедрения результатов исследований при проектировании и создании систем управления промышленными комплексами для лазерного термического упрочнения.

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 -97» (г. Санкт-Петербург, 1997); VII Международная конференция ILLA-2001 «Лазерные и лазерно-информационные технологии: фундаментальные проблемы и применение» (г. Суздаль, 2002); Всероссийская научно-техническая конференция «Перспективы развития лазерных технологий» (г. Владимир, 2005), 3-я научно-техническая конференция «Мехатроника, автоматизация, управление» (г. Санкт-Петербург, 2006). По теме диссертационной работы опубликовано 12 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 147 наименований. Объем диссертации составляет 157 страниц машинописного текста, 41 рисунок, 23 таблицы, 2 приложения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработанная методика исследования включает в качестве необходимых этапов выполнение анализа тепловых процессов численным моделированием, расчетов по регрессионной модели, построенной для активного многофакторного эксперимента, отработку алгоритма управления, обращение к базам данных и обеспечивает снижение затрат на создание систем управления процессом лазерного термического упрочения.

2. Выявленные закономерности процесса лазерного термического упрочнения использованы при выборе технических и программно-аппаратных средств автоматизации, при обосновании параметров лазерного термического воздействия при поверхностном упрочнении лезвийных инструментов. Достигнутый уровень упрочнения изделий из стали 40X13 создает условия для их многократного использования и увеличения продолжительности их жизненного цикла.

3. Результаты моделирования и экспериментальных исследований лазерного термического упрочнения показали, что для достижения стабильно высокой твердости в состав системы управления необходимо включить датчик температуры по пятну нагрева. Определен состав AJITK и разработана структура системы управления; использование блока коррекции приводов координатных перемещений обеспечивает устойчивое управление упрочнением в заданном диапазоне термического цикла в реальном режиме времени с отклонениями от точности поддержания температуры в переходном режиме менее 5%, в установившемся режиме менее 1 %.

4. Обоснован выбор параметров процесса, лазерное термическое упрочнение ножей из стали 40X13 используется на нескольких предприятиях, гарантирует увеличение срока службы изделий в 2.3 раза и представляет собой продукт для широкой реализации в промышленности.

5. На основе результатов выполненных исследований разработан автоматизированный лазерный технологический комплекс, который используется во Владимирском государственном университете в учебном процессе, в научной и производственной деятельности.

1. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн. 3 Методы поверхностной лазерной обработки. Под ред. А.Г. Григорьянца. -М.: Высшая школа. 1987. 191 с.

2. Белянин П.Н. Лазерные технологии в машиностроении: развитие, тенденции, перспектива / Проблемы машиностроения и надежности машин, № 1,2001. С. 3-16.

3. Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. М.: Машиностроение, 1989.-304 с.

4. Коваленко B.C., Головко Л.Ф., Меркулов Г.В. и др. Упрочнение деталей лучом лазера. Киев: Технжа, 1981.132с.

5. Коваленко B.C., Энами К., Арата Е. и др. К вопросу механизма упрочнения материала при воздействии непрерывного лазерного излучения. -Электронная обработка материалов, 1980, № 1, с. 35 39.

6. Рэди Дж. Промышленные применения лазеров. Пер. с англ. М.: Мир, 1981,638 с.

7. Рыкалин Н.Н., Углов А.А., Зуев И.В., Кокора А.Н. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: Справочник. М.: Машиностроение, 1985.-496 с.

8. Кадбнер В.Д., Кальнер Ю.В., Тиняков Г.П. и др. Исследование лазерного упрочнения стальных изделий // Изв. АН СССР. Металлы. 1989. № 3. С. 149-156.

9. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов / Под ред.Н.Н. Рыкалина и др. М.: Машиностроение, 1985, 496 с.

10. Дьюли У. Лазерная технология и анализ материалов. М.: Мир, 1986. 502 с.

11. П.Леонтьев П.А., Хан М.Г., Чеканова Н.Т. Лазерная поверхностная обработка металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1986. 142 с.

12. Schiffer F. Beitrag zur Bestimmung von Kenngroben des Werkzeuges C02 // Laserstrahl in der Teilefertigung. Wiss Z. tschr. Friedrich Schiller Univ. Math Naturwiss. R. (DDR). - 1981.-30, No.6. - S. 813-823.

13. Schmitz Justen C. Laserstrahlharten als Festigungsverfahren // Ind. - Anz. - 1986. - B. 108, No. 86. - S. 66-67.

14. Metastable phases obtained by laser surfaces melting of a chromium highcarbon steel / Ramous E., Giordano L., a.o. // Phase Transform. Solids Symp., Maleme -Chania, 1983.-New York et. Al., 1984. -P. 615-619.

15. Laser Hardening Process Parameters / Wissebach K., Barowsky L., Treusch H. G., Herziger G. Int. // Kongs: Laser 83 Optoelectron, 6. - Berlin, 1984. - S. 312316.

16. Dekumbis R. Oberflachenbehandlung von werkstoffen mit C02 -Hochleislungslasern // Fachberichte Huttenpraxis Metallweiterverarbeitung. 1986. -Vol. 24, No. ll.-S. 1072- 1076.

17. Ashby M.F., Easterling K.E. The transformation hardening of steel surfaces by laser beams. 1. Hypo-eutectoid steels // Acta met. 1984/ - Vol. 32, No. 11 -P. 1935 - 1944.

18. Андрияхин B.M., Майоров B.C., Якунин В.П. О поглощательной способности покрытий для лазерной термообработке черных металлов / Физика и химия обработки материалов. 1984. - № 5. - С. 89-93.

19. Веденов А.А., Гладуш Г.Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов. -М.: Энергоатомиздат, 1985.-208 с.

20. Влияние неоднородного распределения тепловой мощности в пятне нагрева луча лазера на упрочнение сталей / А.А. Углов, В.П. Полухин, В.И. Офер и др. // Физика и химия обраб. материалов. № 5. - 1984. - 3. 12- 18.

21. Влияние лазерного облучения на изменения физико-механических характеристик материалов / B.C. Коваленко, Л.Ф. Головко, B.C. B.C. Черненкои др. // Хим. Машиностроение: Респ. межвед. науч.-техн. сб. 1985. - Вып. 41. -С. 54-59.

22. Девойно О.Г., Яковлев Г.М. О поверхностном упрочнении лазерным лучом // Машиностроение: Респ. межвед. науч.-техн. сб. Минск, 1983. - № 8. -С. 127-128.

23. Справочник по лазерной технике / Пер. с нем. М.: Энергоатомиздат, 1991.-544: ил.

24. Крапошин B.C. Обработка поверхности металлических материалов лазерным излучением //Поверхность. Физика, химия, механика. 1982. - № 3 -С. 1-12.

25. Веденов А.А., Гладуш Г.Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов. М.: Энергоатомиздат, 1985. 208 с.

26. Оксидные поглощающие покрытия для закалки излучением СО2 лазера / А.Ю. Михеев, С.Ф. Морищев, А.А. Старцев // Поверхность. Физика, химия, механика. 1986. - № 1 - С. 117 - 122.

27. Коваленко B.C. и др. Упрочнение и легирование деталей машин лучом лазера / B.C. Коваленко, Л.Ф. Головко, B.C. Черненко. К.: Тэхника, 1990. -192 с. ISBN 5-335-00409-6.

28. В.И. Качалин. Лазерное упрочнение внутренних поверхностей / Вестник машиностроения, 2003, № 9. С. 36 40.

29. В.П. Бирюков. Лазерные комплексы для упрочнения деталей и точного раскроя листового материала / Вестник машиностроения, 2003, № 2. С. 31 33.

30. Микроструктура и фазовый состав чугуна после облучения импульсным и непрерывным излучением ОКГ / Н.В. Еднерал, В.А. Лакишев, Ю.А. Скаков, А.Н. Федоров // Физика и химия обр. материалов. 1983. - № 1. -С. 130- 134.

31. Измайлов Е.А., Горбач В.Г., Горбанева И.И. Аустенизации чугунов под действием импульсного лазерного излучения // Изд. АН СССР. Металлы. -1986. -№3. С. 137- 140.

32. Ю.М. Домбровский, Е.В. Анищенко Плазменное поверхностное упрочнение графитизированных чугунов / Вестник ДГТУ. 2001. Т.1. № 1(7) С. 65-10. ISBN 5-7890-0160-2

33. Садовский В.Д., Табачникова Т.И., Салохитин А.В., Малыш М.М. Фазовые и структурные превращения при лазерном нагреве стали. 1. Влияние исходной структуры // Физика металлов и металловедение. 1982. Т.53, № 1. С. 88-94.

34. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н., Ким А.Е. и др. Теоретическое исследование кинетики аустенизации в сталях при нагреве непрерывным лазерным излучением // Инж.-физ. журн. 1987. Т. 52, № 3. С. 444 449.

35. Глытенко A.JL, Любов Б.Я., Соболь Э.Н. Аустенизация и расчет толщины упрочненного слоя при лазерной обработке стали // Изв. АН СССР. Металлы. 1989. № 3. С. 157 162.

36. Садовский В.Д., Счастливцев В.М., Табачникова Т.И., Яковлева И.П. Лазерный нагрев и структура стали: Атлас микроструктур. УрО АНСССР, 1989.- 100 с.

37. Кальнер Ю.В. Кристаллическое строение и низкотемпературный распад углеродистого мартенсита, полученного лазерной закалкой. МиТОМ. -1988. №4, с. 50-55.

38. Бернштейн M.JL, Прокошкин С.Д., Крянина М.Н. и др. Структура мартенсита после лазерной закалки сталей. ФММ, 1988, 65, вып. 4, с. 790 -795.

39. Великих B.C., Картавцев B.C., Романенко А.В., Терентьев В.А. Влияние лазерной закалки на механические свойства стали 45 с различной предварительной термообработкой // Физика и химия обр. материалов. 1984. -№2.-С. 17-18.

40. Кальнер В.Д., Кальнер Ю.В., Тиняков Т.П. и др. Исследование лазерного упрочнения стальных изделий // Изв. АН СССР. Металлы. 1989. № 3. С. 149-156.

41. Черненко B.C. Электронно-лучевое и лазерное упрочнение сталей // Вести Киев, политехи, ин-та. Машиностроение. 1984. - Вып. 21. - С. 52 - 50.

42. А.С. Барашков. Расчет теплового процесса упрочнения стали при нагреве быстродвижущимся поперечным полосовым нормально распределенным источником / Физика и химия обработки материалов, 2001, № 5, С. 64-70.

43. Козырь И.Г., Бабкин В.Ю. Кинетика образования аустенита и формирование структуры в железоуглеродистых сплавах при импульсном нагреве / Физика и химия обработки материалов, 2000, № 6, С. 81 86.

44. Каюков С.В., Юрин Ю.И. Особенности фазовых превращений в сталях повышенной теплостойкости при лазерном импульсном нагреве // Физика и химия обр. материалов. 1988. - № 5. - С. 99 - 106.

45. Barton G., Bergman H.W., Betz J. Laserumsschmelzharten von Schnellarbeitsstahlen // Elektrowarme Int. 1985. - B. 43, No. 4, - S. 177 - 183.

46. Бабикова Ю.Ф., Каюков C.B., Павлов А.Н. и др. О перераспределении углерода и легирующих элементов при лазерной обработке стали Р18 // Физика и химия обр. материалов. 1989. - № 6. - С. 122 - 127.

47. Бекренев А.Н., Гуреев Д.М., Лалетин А.П. и др. Влияние структурно-фазовых превращений в инструментальных материалах при лазерной термообработке на износостойкость режущего инструмента // Физика и химия обр. материалов. 1990. - № 2. - С. 35 - 38.

48. Бабикова Ю.Ф., Каюков С.В., Петринин Ю.В. О формировании ОЦК-решетки твердого раствора при обработке стали Р18 импульсным лазерным излучением // Физика и химия обр. материалов. 1990. - № 4. - С. 23 - 29.

49. Гуреев Д.М., Медников С.И. Сочетание лазерной закалки и отпуска для упрочнения инструментальных сталей // Квантовая электрон. 1988. Т. 15, № 8. С. 1691-1696.

50. Дьяченко С.С. Структура быстрорежущих сталей в белых зонах, формирующихся под действием импульсного лазерного излучения // Изв. АН СССР. Металлы. 1988.№ 1. С. 89 94.

51. Бровер Г.И., Варавка В.Н., Русин А.П. Особенности строения и свойств инструменатльынх сталей после высококонцентрированного нагрева и отпуска // Физика и химия обр. материалов. 1988. - № 5. - С. 107-113.

52. Бровер Г.И., Варавка В.Н., Федосиенко С.С. Влияние особенностей строения лазерно-легированных инструментальных сталей на формирование основных эксплутационных свойств // Физика и химия обр. материалов. 1988. - № 1.-С. 120- 126.

53. Гуреев Д.М., Ялдин Ю.А. К вопросу о лазерной термообработке инструментальных сталей // Металловедение и терм, обраб. металлов. 1988. №5. С. 8-9.

54. Углов А.А., Медрес B.C., Соловьев А.А. Лазерная обработка инструментальных сталей // Физика и химия обр. материалов. 1987. - № 3. -С. 6-10.

55. Углов А.А., Медрес B.C., Соловьев А.А. и др. О лазерно-плазменной обработке инструментальных сталей // Физика и химия обр. материалов. 1988. - № 4. - С. 79-83.

56. A.M. Чирков Импульсное лазерное упрочнение режущего инструмента / Технология машиностроения, 2005, № 10. С. 19 22.ISBN 1562-322Х

57. Варавка В.Н., Бровер Г.И., Магомедов М.Г., Бровер А.В. Теплофизические особенности процесса импульсной лазерной обработки инструментальных сталей. Вестник ДГТУ. 2001. Т1. № 1(7). С. 1-6.

58. Применение лазерной закалки для поверхностного упрочнения инструментальных сталей / Е.В. Бративник, B.C. Великих, В.П. Гончаренко и др. // Технология и орг. Пр-ва. 1980. - № 1. С. 42-43.

59. Лазерная обработка инструментальных сталей / Л.В. Мясникова, И.В. Троицкий, Л.И. Левин и др. // Защит, покрытия на металлах. 1982. - Вып. 16. -С. 23-25.

60. Шабанова И.Н., Новокшонова А.Н. Исследование сталей мартенситного и мартенситностареющего класса после лазерного воздействия // Радиац. стимулирующие явления в твердых телах: Межвуз. Сб. - Свердловск, 1984. -№ 6. -С. 34-38.

61. Филимоненко В.Н., Журавлев А.И., Исхакова Г.А. и др. Упрочнение вольфрмо-кобальтовых твердых сплавов излучением ОКГ // Электрофизические и электрохимические методы обработки. М.: НИИИМАШ, 1980. Вып. 6. С. 6 -9.

62. Яресько С.И. Выбор оптимальных условий лазерной термообработки твердосплавного режущего инструмента // Тез. докл. 3-ей Всесоюзной конференции «Применение лазеров в народном хозяйстве». Шатура: НИЦТЛ, 1989. С. 167- 168.

63. Гуреев Д.М., Яресько С.С., Лалетин А.П. и др. Влияние лазерного излучения на характер износа твердосплавного режущего инструмента // Трение и износ. 1989. Т10, № 4. С. 674 680.

64. Волгин В.И. Влияние лазерного легирования поверхности на твердость алюминиевого сплава АЛ25 // Поверхность. Физика, химия, механика. 1983. -№ 1.-С. 125- 128.

65. Миркин Л.И., Смыслова Е.Н., Смыслов Е.Ф. Структура и свойства металлов после импульсных воздействий. М.: Изд. моек, ун-та, 1980. 168 с.

66. Коростелев В.Ф., Эпик А.П. Влияние напряженного состояния на разупрочнение штамповых сталей // Проблемы прочности. ИПМ АН УССР, 1978. №8. -С. 47-50.

67. Бернштейн М.Л., Рахштадт А.Г. Металловедение и термическая обработка стали. Справочник в трех томах. Изд. третье, перераб. и доп. Том 2. Основы термической обработки. М.: Металлургия. 1983. 368 с.

68. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия, 1986.-480 с.

69. Григорович В.К. Электронное строение и термодинамика сплавов железа. -М.: Наука. 1970. С. 172 с.

70. Авраксин ЭТ., Кессельман B.C., Фролов А.Б. Расчет механических напряжений, возникающих в металлах при действии лазерного импульса // Физика и химия обраб. материалов. 1985. №1. С. 43-46.

71. Геллер М.А., Горелик Г.Е., Павлюкевич Н.В., Парнас А.Л. Расчет температурных и термических напряжений при закалке сталей лазерным и электронным пучком // Физика и химия обраб. материалов. 1986. №4. С. 31 -35.

72. Liarokapis E., Anastassakis E. Laser induced thermal stains in isotropic media: Policrysaline Si //J.Appl. Phys. 1988. Vol.63, #8. P.2615-2619.

73. Welsh L.P., Tuchman J. A., Herman I.P. The impotence of thermal stresses and strains induced laser processing with focused Gaussian beams // Ibid. 1988. Vol. 64. # 11. P. 6274-6284.

74. Великих B.C., Воронов И.Н., Гончаренко В.П. и др. Рентгенографическое исследование остаточных напряжений, возникающих после импульсной лазерной закалки сталей // Физика и химия обраб. материалов. 1982. №4. С. 138 143.

75. Великих B.C., Гончаренок В.П., Зверев А.Ф., Картавцев B.C. Остаточные напряжения в углеродистых сталях после поверхностного упрочнения излучением СОг-лазера // Металловедение и терм, обраб. материалов. 1985. № 4. С. 9 12.

76. Деформация сталей при лазерной закалке / В.Н. Гончаренко, И.Н. Воронов, B.C. Великих, B.C. Картавцев // Металловедение и терм, обраб. материалов. 1982. № 9. С. 38 -41.

77. Кяшкин В.М., Жданов Г.С., Миркян Л.И. Аморфизация металлических сплавов при лазерном воздействии. ДАН СССР, 1979, т. 249, № 3, с. 1118 -1122.

78. Ройтбург А.Л., Темкин Д.Е. Пластическая деформация и термодинамический гистерезис при фазовых превращениях в твердых телах // Физика твердого тела. 1986. Т.28, № 3. С. 775 784.

79. Криштал М.А., Жуков А.А., Кокора А.Н. Структура и свойства сплавов, обработанных излучением лазера. М.: Металлургия, 1973.192 с.

80. Yamomoto S., Sakiyama Т., Ouclii C. Effect of Alloying Elements on Recrystallization Kinetics after Hot Deformation in Austenitic Stainless Steels -Trns. ISII, 1987, 27, #6, P. 446 452.

81. Измайлов E.A., Грбач В.Г. Направленное перемещение атомов углерода в сталях, стимулированное лазерным излучением // Докл. АН СССР. 1980. - Т. 286, № 2. - С. 348 - 351.

82. Брик В.Б., Лариков Л.Н. Закономерности перераспределения атомов углерода при фазовых превращениях в стали при лазерном облучения / Металлофизика. 1989. Т. 11. № 3. С. 26-29.

83. Брик В.Б. Кинетика миграции атомов углерода при фазовых превращениях в стали при лазерном облучении // Физика и химия обраб. материалов. 1988. № 2. С. 21 27 .

84. Гладков Э.А., Бродягин В.Н., Шиганов И.Н. Автоматизация процессов лазерной сварки // Сварочное производство. 1985. № 8. - С. 4 - 5.

85. Пат.2258589 Российская Федерация, МПК В23К26/20. Способ и устройство диагностики и управления качеством лазерной сварки. / Керемжанов А.Ф., Гайбеков A.M., Демин Е.А и др. № 2004138818/02, опубл. 20.08.2005.

86. Бродягин В.Н., Данилов А.А., Ластовиря В.Н. Управление в лазерных технологических системах: Учебное пособие/Под ред. А.Г. Григорьянца. М.: Изд-во МГТУ. 1989.-36 с.

87. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Г. Лазерная сварка металлов: Учебное пособие. В 7 кн. Кн. 5. - М.: Высшая школа, 1988. - 207 с.

88. Гладков Э.А., Малолетков А.В., Перковский Р.А. Автоматизированный комплекс для исследования лазерной сварки. Сварочное производство, 2003. № 1.С. 15-21.

89. Бадьянов Б.Н. Компьютерное управление процессами сварки. -Сварочное производство. 2002. № 1.С. 19-22.

90. Сабиров И. С. Повышение эффективности процесса лазерного упрочнения путем оптимального управления технологическими параметрами Электронный ресурс.: Дис.канд. техн. наук: 05.13.06. -М. РГБ, 2003.

91. Бернштейн M.JT. Структура деформированных металлов. М.: Металлургия, 1977. 432 с.

92. Новиков И.И. Термодинамика: Учеб. Пособие для втузов. М.: Машиностроение, 1984. - 592 с.

93. Кириллин В. А., Сычев В.В., Шейдлин А.Е. Техническая термодинамика. Энергоатомиздат, 1983. - 416 с.

94. Бадамшин Р.А., Горбатков С.А., Клестов Е.А. Оптимальное терминальное управление системами с распределенными параметрами при неполном измерении их состояния Уфа: Уфим, Гос. авиац. Техн. ун-т, 1997. -313 с.

95. Павлов В.В. Оптимальное управление термодиффузионными процессами при горячем креплении эластомерных покрытий к металлу. Дисс. На соиск. уч. ст. к.н.т. спец. 05.13.06. Владимир, 2005.

96. Бутковский А.Г. Методы управления системами с распределенными параметрами. / А.Г. Бутковский М.: Наука, 1975. - 569 с.

97. Гудвин Г.К. Проектирование систем управления / Г.К. Гудвин, С.Ф. Гребе, М.Э. Сальгадо. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 911 е., ил. ISBN 5-94774-128-8

98. Кирилина А.Н. Разработка структуры системы управления процессом лазерного термического упрочения // Перспективы развития лазерных технологий / Труды научно-технической конференции с международным участием. М.: Новые технологии, 2005. - С. 43 - 49.

99. Жуков А.А., Кокора А.Н., Заря А.Н. Особенности структуры и свойств вырубных штампов после дополнительного поверхностного упрочнения режущей кромки при помощи лазерного излучения. Физика и химия обработки материалов, 1977, № 1, с. 141 - 143.

100. Телегин А.С. Тепломассоперенос / А.С. Телегин, B.C. Швыдкий, Ю.Г. Ярошенко. М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. 445 с.

101. Швыдкий B.C. Математические методы теплофизики / B.C. Швыдкий, М.Г. Ладыгичев, B.C. Шаврин. -М.: Машиностроение, 2001, 238 с.

102. Флеминге М. Процессы затвердевания: Пер. С англ. Мир, 1977. -423 с.

103. Пелых С.Г., Семесенко М.П. Оптимизация литейных процессов. Киев: Вища школа, 1977, 192 с.

104. Самарский А.А. Теория разностных схем / А.А. Самарский. М.: Наука, 1983.-552 с.

105. Дульнев Г.Н. Применение ЭВМ для решения задач теплообмена. / Г.Н. Дульнев, В.Г. Парфенов, А.В. Сигалов. М.: Высшая школа, 1990. - 201 с.

106. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов / Л. Сегерлинд. М.: Мир, 1979. - 242 с.

107. Голоскоков А.П. Уравнения математической физики. Решение задач в системе Maple / Д.П. Голоскоков. С-ПБ.: Питер. 2004. - 539 с.

108. Туричин А.Г., Гуменюк А.В., Валдайцева Е.А. Компьютерное моделирование процессов лазерной обработки материалов / Технология машиностроения, 2005, № 10. С. 89-92. ISBN 1562-322Х.

109. Бесоногов В.В., Чудинов В.Г. Моделирование воздействия мощных электронных и лазерных импульсных пучков на поверхность металлов. II. Лазерное облучение / Физика и химия обработки материалов, 2000, № 5, С. 1618.

110. Щукин В.Г., Марусин В.В. Моделирование кинетики структурно-фазовых превращений в железоуглеродистых сталях при обработке ВЧимпульсами большой мощности / Физика и химия обработки материалов, 2000, № 6, С. 26-39.

111. Лохин В.М., Захаров В.Н. Интеллектуальные системы управления понятия, определения, принципы построения // Мехатроника, автоматизация, управление 2001 .№2. - С. 27 - 35.

112. Лысов НЛО. Разработка и исследование быстродействующих интеллектуальных приводов мехатронных систем // Мехатроника, автоматизация, управление 2001. №4. - С. 38 - 46.

113. Ивченко В. Д., Кананадзе С.С. Применение нейросетевых технологий в различных областях науки и техники. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика 2005. № 6. - С. 28 - 29.

114. Еремин Д.М. Система управления с применением технологии нейронных сетей. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика -2001.№9.-С. 8-11.

115. Марочник сталей и сплавов: Справочник / Под ред. В. Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. 640 с.

116. Таблицы физических величин: Справочник / Под ред. И. К. Кикоина М.: Атомиздат, 1976. 1008 с.

117. Свойства элементов: В 2 ч. Ч. 1. Физические свойства: Справочник/ Под ред. Г. В. Самсонова. М.: Металлургия, 1976. 600 с.

118. Тихонов А. Н., Самарский А. А. Уравнения математической физики. Учеб. пособие. Изд. 5-е. М., Наука, 1977. 736 с.

119. Лыков А. Е. Теория теплопроводности. 2-е изд. М.: Высш. шк., 1967. 600 с.

120. Самарский А.А. Введение в численные методы. М.: Наука, 1982. -272 с.

121. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Ю.В. Грановский. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / М.: «Наука», 1976, 280 с.

122. Ивоботенко Б. А. и др. Планирование эксперимента в электромеханике / М.: «Энергия», 1975,184 с.

123. Чубаров Е.П. Управление системами с подвижными источниками воздействия. М.: Энергоатомздат, 1985. 288 с.

124. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Чирков A.M. Гибридные технологии лазерной сварки. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2004. -52 с.

125. Абельсиитов Г.А. Технологические лазеры. Справочник в 2-х томах. М.: Машиностроение, 1991.

126. Лазерные технологические установки, выпускаемые в странах СНГ: Каталог-справочник / Под ред. И.Б. Ковша 2-е изд. - Москва: Издательство НТИУЦ ЛАС, 1998-114 с.

127. Ерофеев А. А. Теория автоматического управления. СПб.: Политехника, 2001.

128. Справочник по технологии лазерной обработки / B.C. Коваленко, В.П. Котляров, В.П. Дягел и др.; Под общ. Ред. B.C. Коваленко. К.: Киев, Тэхника. 1985. 167с. ил.

129. Рыкалин Н.Н. и др. Лазерная обработка материалов. М., «Машиностроение», 1975. 296 с.

130. Лапота В.А. Система подхода к разработке САПР и АСУ лазерных технологических процессов // Лазерная технология и средства ее реализации

131. Материалы научно-технической конференции, г. Санкт-Петербург, 1997. С. 3-5.

132. Бордовский Г. А. Физические основы математического моделирования: Учеб. Пособие для вузов / Г.А. Бордовский, А.С. Кондратьев, А.Д. Р. Чоудери. М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 320 с. ISBN 57695-1838-3.

133. Плескунин В.Н., Воронина Е.Д. Теоретические основы организации и анализа выборочных данных в эксперименте. Под ред. А.В. Башарина. Л., Изд-во Ленингр. Ун-та. 1979. 232 с.

134. Никифоров А.Д., Ковшов А.Н., Назаров Ю.Ф. Процессы управления объектами машиностроения: Учеб пособие для машиностроит. Спец. Вузов. -М.: Высшая школа, 2001.-455 е.: ил. ISBN 5-06-004062-3.

135. Макаров Р.И Автоматизация технологического процесса листового стекла на основе математических моделей // Автореф. Дис.докт. техн. наук. Владимир, 1998. 32 с.

136. Теория и моделирование управляющих систем / Сб. научн. тр. отв. ред Д.В. Сперанский / Киев: Наук. Думка. 1989. 190 с.

137. Богданович А.В. , Мазов И.В. Автоматизированная система для расчета технологического процесса лазерной обработки // Сварочное производство, 1996, № 8. С. 25 27.

138. Исаков В. Соловьев Ю.В. Совершенствование серийного лазерного оборудования для освоения новых технологий // Вестник машиностроения, 1996, №3. С. 37-38.