автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Управление процессом лазерного термоупрочнения металлов в электрическом поле

На правах рукописи БАЦ!МАКОВ ДМИТРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ЛАЗЕРНОГО ТЕРМОУПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Специальности:

05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (машиностроение)

05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ на соискание учёной степени кандидата технических наук

Набережные Челны -2010

004604405

Работа выполнена на кафедре «Высокоэнергетическая и пищевая инженерия» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Камская государственная инженерно-экономическая академия».

Научные руководители

д.т.н., профессор Исрафилов И.Х. к.т.н., доцент Звездин В.В.

Официальные оппоненты:

д.т.н., профессор Дмитриев С.В. д.т.н., профессор Карамов Ф.А.

Ведущая организация

Научно-исследовательский институт конструкционных материалов и технологических процессов МГТУ им. Н.Э. Баумана

Зашита состоится 25 июня 2010г. в 14 часов на заседании диссертационного Совета Д212.309.01 при ГОУ ВПО «Камская государственная инженерно-зкономическая академия.

Ваши отзывы, заверенные печатью, просим выслать по адресу 423810, г. Набережные Челны, пр. Мира, 68/19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Камской государственной инженерно-экономической академии.

Автореферат разослан «22» мая 2010г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор

Симонова Л.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие современного производства обусловливает все возрастающее внедрение наукоемких и прогрессивных технологий. К ним относится и лазерная обработка материалов, которая позволяет обеспечить требуемые показатели качества технологических процессов (ТП) при соблюдении высокой эффективности производства. Лазерная обработка является одной из технологий, которые определяют современный уровень производства в про-мышленно развитых ст ранах.

Лазерная технология получила широкое распространение при поверхностной закалке. Однако, возможности использования лазерного излучения (ЛИ) в качестве универсального инструмента реализованы далеко не полностью. Это связано со сложностью происходящих физико-химических процессов при взаимодействии излучения с металлами, и необходимостью обеспечения высокого качества обработанной поверхности, в основном зависящей от уровня автоматизации производственных процессов.

Основные проблемы внедрения автоматизации управления с достижением требуемых показателей качества и характеристик термоупрочнённого слоя на основе импульсных лазеров связаны с малой изученностью быстропроте-кающих процессов, и влияния воздействия возмущающих факторов при реализации ТП. Разработка алгоритмов управления лазерным технологическим комплексом (ЛТК) в импульсном режиме на основе математической модели протекающих физических процессов является трудоёмкой задачей, т.к. требует выявления связей между показателями качества ТП и информативными параметрами, измеряемыми в реальном времени.

Экспериментальные исследования по модификации микроструктуры металлов под воздействием импульсного ЛИ с применением электростатического поля в зоне воздействия определили подход к созданию системы автоматического управления (САУ) ЛТК в режиме реального времени процесса обработки для получения заданной структуры и свойств зоны термического влияния (ЗТВ). Все это обусловливает необходимость применения новых подходов к управлению процессом термообработки металлов и разработки САУ с обеспечением требуемого качества деталей.

Исследованиям в области лазерной термообработки металлов посвящены работы М.П. Фёдорова, Г.А. Туричина, В.А. Сойфера, В.П. Шорина, А.Г. Григорьянца, И.Н. Шиганова, В.П. Вейко, Е.Б. Яковлева, Г.А. Абильсиитова, В;М. Андрияхина, Г.Г. Гладуша, A.A. Введенова, Е.П. Велихова, И.В. Зуева, В.А. Лопоты, H.H. Рыкалипа, A.A. Углова и других ученых.

Данная работа посвящена исследованию процессов влияния электростатического поля на глубину зоны фазовых превращений при воздействии ЛИ и на их основе разработке методик и алгоритмов управления процессом термоупрочнения металлов, синтеза структуры САУ ЛТК в импульсном режиме с оптимизацией параметров её звеньев, обеспечивающих требуемые показатели качества управления.

Объект исследования — процесс лазерного термоупрочнения металлов в электростатическом поле.

Предметом исследования является управление процессом термоупрочнения металлов в электростатическом поле.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности ЛТК термообработки металлов с требуемыми показателями качества и характеристиками термоупрочнённого слоя за счет управления электростатическим полем.

Научные задачи работы заключаются в:

1. Разработке эффективной системы управления глубиной термоупрочнения металлов ЛИ на основе результатов экспериментальных исследований влияния напряжённости электростатического поля на физические процессы в зоне воздействия.

2. Разработке методики расчёта глубины зоны фазовых превращений в металле на основе результатов экспериментальных исследований влияния напряжённости электростатического поля на физические процессы в зоне воздействия ЛИ.

3. Разработке методики расчёта значений параметров звеньев структурной схемы САУ ЛТК, определяющий требуемые показатели качества термообработки в электростатическом поле.

4. Определении условий, изменяющих характер зоны фазовых превращений в металлах на основе результатов экспериментальных исследований и вносящие основной вклад в получение заданной глубины термоупрочнения.

5. Разработке и исследовании структурной схемы САУ ЛТК на основе математической модели зависимости глубины зоны модификации в электростатическом поле, от параметров ТП.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы методы математического моделирования, базирующиеся на основах физики процесса взаимодействия ЛИ с металлами, теории автоматического управления, и реализованные в рамках численных экспериментов. Результаты исследований и измерений обрабатывались с применением пакетов прикладных программ MathCAD 14 и Excel.

Обоснованность и достоверность полученных результатов определяются применением известных теоретических положений фундаментальных наук, использованием теории автоматического управления, корректностью используемых моделей и их адекватностью реальным физическим процессам, совпадением теоретических результатов с данными экспериментов, подтверждённых актами исследовательских лабораторий.

Новизна полученных результатов заключается в следующем: 1. На основе теоретико-экспериментальных исследований влияния модового состава ЛИ на распределение температурного поля в зоне взаимодействия с металлом разработана методика расчёта параметров ТП термоупрочнения, применяемая на этапе технологической подготовки производства в автоматическом режиме, в отличие от других, учитывающая влияние электроста-

тического поля, определяющая условия, при которых достигается заданная глубина закалки.

2. Разработан способ управления глубиной зоны термоупрочнения в металлах, в автоматизированном режиме, воздействием электростатического поля, в отличие от известных, учитывает электропроводность скин-слоя рабочей поверхности деталей на основе теплофизических расчетов, что повышает показатели качества ТП.

3. Разработана функциональная модель управления процессом импульсного термоупрочнения на основе высокоточного датчика углового положения оптической системы ЛТК, в отличие от других, исключающая влияние несовершенства оптических элементов, что позволяет повысить показатели качества ТП.

4. Разработана методика расчёта значений параметров звеньев структурной схемы САУ ЛТК, определяющий требуемые показатели качества термообработки в электростатическом поле.

Практическая значимость диссертационной работы:

- Предложенный способ управления глубиной зоны термоупрочнения позволит снизить энергоёмкость ТП импульсной лазерной закалки, что существенно расширяет возможности применения лазерной технологии;

- Разработанная методика расчёта параметров ТП термоупрочнения металлов обеспечивает требуемые значения показателей качества зоны взаимодействия на этапе технологической подготовки производства в автоматическом режиме, предназначена для конструкторских и технологических отделов и бюро предприятий машиностроения;

- Результаты теоретических и экспериментальных исследований по лазерному термоупрочнению металлов с применением электростатического поля расширяют область знаний, используемых в учебном процессе вуза или при переподготовке специалистов.

Реализация и внедрение результатов работы. Использование метода расчёта параметров ТП, определяющих условия, при которых изменяются качественные характеристики микроструктуры зоны взаимодействия ЛИ с металлами в электростатическом поле, с заданными показателями качества и расчёта глубины зоны фазовых превращений, а также методов автоматического управления ЛТК, позволили повысить показатели качества закалки импульсным ЛИ.

Использование результатов диссертационной работы привело к повышению эффективности ЛТК с получением деталей с заданными показателями качества закалки. Все это позволило повысить эффективность использования лазерного оборудования. Результаты работы внедрены в учебном процессе ГОУ ВПО «ИНЭКА», ГОУ ВПО «КГТУ им. А.Н. Туполева», ОАО «КамАЗ» о чем свидетельствуют акты, об использовании результатов работы.

Диссертационная работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

Апробация работы. Основные результаты и отдельные разделы диссертации докладывались и обсуждались на VI и IX Международном симпозиуме

«Ресурсоэффективность и энергосбережение» (г. Казань, 2006, 2008), межрегиональной научно-практической конференции «Студенческая наука в России на современном этапе» (ИНЭКА - Наб. Челны, 2008), I и II Межрегиональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Камские чтения» (ИНЭКА - Наб. Челны 2009, 2010), Научно-технической конференции при Академии наук РТ «Низкотемпературная плазма в процессах нанесения функциональных покрытий», международной научно-технической конференции «Образование и наука - производству» (ИНЭКА - Наб.Челны 2010), научных семинарах кафедр «Электротехники и электроники», «Высокоэнергетической и пищевой инженерии» и «Автоматизации и информационных технологий», «Машины и технология литейного производства» Камской государственной инженерно-экономической академии.

В работах, выполненных в соавторстве, личное участие автора заключается в решении задач по разработке модели расчёта параметров ТП термоупрочнения, по разработке функциональной модели управления процессом импульсного термоупрочнения, по разработке способа управления глубиной зоны термоупрочнения в металлах, по разработке модели расчёта значений параметров звеньев структурной схемы САУ ЛТК, в проведении экспериментальных исследований, в анализе результатов и формулировании выводов.

Публикации. Содержащиеся в диссертации материалы нашли отражение в 8 научных трудах, в том числе, в 1 статье в журнале, рекомендованном ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 151 странице машинописного текста, содержит 55 рисунков, 7 таблиц, список литературы включает 122 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность задачи по повышению эффективности ЛТК термообработки металлов с требуемыми показателями качества и характеристиками термоупрочнённого слоя за счет управления электростатическим полем.

Показано, что оптимизация параметров звеньев ЛТК, а также анализ и синтез САУ для обеспечения заданного ТП, определяется обратными связями по параметрам, измеряемым в реальном времени. Приведены данные о структуре и объеме диссертации, дается краткий обзор диссертации по главам.

В первой главе проведен патентно-информационный обзор по физико-химическим процессам в зоне термоупрочнения металлов при импульсном воздействии ЛИ, и приведены результаты микроструктурного анализа упрочнённого слоя. Изложены предпосылки и необходимость исследований для решения поставленной задачи и определены её пути, сформулирована цель, выявлены новые факторы, влияющие на качественные характеристики ЗТВ, а также определена зависимость стабильности заданных показателей качества ТП от параметров ЛТК.

Исследования, проведённые по лазерной закалке металлов, показывают нестабильность показателей качества ТП. К этим показателям качества отно-

сятся шероховатость поверхности, глубина упрочненной зоны, микротвёрдость, химический состав и однородность микроструктуры.

Качество термоупрочнённого слоя имеет сложную зависимость от параметров ЛТК (энергия импульса излучения, фокусное расстояния, длительность импульса, газовая среда и т.д.), что вызывает необходимость управления процессом за счёт введения отрицательных обратных связей в САУ по информативным параметрам, измеряемым в реальном времени.

В автомобилестроении лазерное упрочнение применяется для повышения износостойкости распределительных валов, коленчатых валов, шестерен, рабочих поверхностей клапанов, коромысла клапана, клапанных седел и др.

Например, износостойкость рабочей поверхности коромысла клапана, двигателя автомобиля КамАЗ, работающего на истирание, в основном лимитирует ресурс работы двигателя. Его упрочнение целесообразно проводить излучением импульсного лазера, так как суммарная поверхность, подлежащая упрочнению, относительно невелика (рис.1).

Рисунок 1. Коромысло клапана двигателя внутреннего сгорания КамАЗ Однако металлографические исследования рабочей поверхности коромысла клапана, изготовленного из Стали 45, с микротвёрдостью после лазерной закалки НУ50 578-652; и глубиной закалённого слоя 0,04 мм., показывают недостаточность глубины закалённого слоя, что в основном лимитирует ресурс работы двигателя КамАЗ.

Анализ взаимосвязи параметров ЛТК, параметров закалки и показателей качества ЗТВ показал, что первые большее влияние оказывают на температуру, а от нее зависят все показатели качества процесса закалки (рис.2).

Главным показателем качества для деталей, работающих на истирание, является глубина упрочненной зоны. Упрочнение рабочей поверхности коромысла клапана двигателя КамАЗ импульсным ЛИ при критической плотности энергии, не даёт стабильных показателей качества поверхности. Существенное значение в этом играют как параметры ЛТК, которые необходимо рассматривать как совокупность взаимодействующих между собой звеньев сложной системы, влияние внешних электрических полей на физический процесс взаимодействия ЛИ с металлом, так и электропроводность металла, от которой напрямую зависит коэффициент поглощения.

Параметры ЛТК

Рисунок 2. Зависимость показателей качества модифицированного слоя от параметров ЛТК В этих условиях актуальной является с одной стороны задача точного позиционирования оптической системы ЛТК относительно упрочняемой зоны, для исключения перекрытия ЗТВ. Процесс наложения ЗТВ, как показали экспериментальные исследования, приводит к их отпуску, а с другой стороны управление глубиной модификации микроструктуры металла до требуемых значений.

Во второй главе. Разработана методика расчёта параметров ТП термоупрочнения, применяемая на этапе технологической подготовки производства в автоматическом режиме, определяющая условия, при которых достигается заданная глубина термоупрочнения металлов под воздействием ЛИ в электростатическом поле, разработан метод расчёта глубины зоны фазовых превращений в металле от напряжённости электростатического поля на основе анализа физико-химических процессов в зоне воздействия ЛИ; выявлен новый фактор, влияющий на показатели качества ТП - внешнее электростатическое воздействие. Предложен способ управления глубиной зоны термоупрочнения в металлах воздействием электростатического поля, в отличие от известных, учитывает электропроводность скин-слоя рабочей поверхности деталей на основе тепло-физических расчетов, что повышает показатели качества автоматизированного ТП.

Проведенный анализ взаимосвязи коэффициента поглощения от проводимости металлов показал, что свободные электроны в кристаллической решётке металла увеличивают долю отражённого ЛИ. Глубина скин-слоя 5, для ЛИ, в металлах определяется по формуле: 5=2{2цр1аасо)~0'5,

где: ц - магнитная проницаемость металла, при частотах оптического диапазона равна 1; //0=4711 СГ7 Гн/м; а - удельная электропроводность обрабатываемого металла; ю - циклическая частота ЛИ.

Коэффициент отражения излучения поверхностью твердого тела связан с

диэлектрическом проницаемостью среды: ~д~ =

л/е н

где 2 - энергия излучения; е - диэлектрическая проницаемость среды. Коэффициент отражения для металла, можно рассчитывать по формуле:

2т

Я = 1- —

V дат

Анализ этих выражений позволяет заключить, что для повышения глубины закалённой зоны при неизменной энергии импульса ЛИ, не превышающего критических значений, необходимо уменьшить проводимость поверхностного слоя. Этого можно добиться, используя электростатическое поле, сориентированное определённым образом.

Электроны будут скапливаться на поверхности металла, под действием силы со стороны электростатического поля. В результате этого проводимость скин-слоя детали с обрабатываемой стороны снизится, что приведёт к увеличению глубины проникновения и коэффициента поглощения ЛИ.

На основе теоретических и экспериментальных данных, проведенных в лаборатории, разработана экспериментальная импульсная установка ЛТК (рис.3).

Фокусирующая система

Обрабатываемая деталь

Дополнительный электрод

•ли

МПС

УИЭП

Рисунок 3. Схема лазерной технологической установки Лазерный комплекс состоит из следующих элементов: лазерный технологический комплекс на базе импульсного лазера ГОС-301 (ЛТК), фокусирующей системы; микропроцессорной системы (МПС); управляемый источник электростатического поля (УИЭП); дополнительный электрод.

Результаты микроструктурного анализа закалки Стали 65Г без оплавления, энергия накачки активного элемента лазера составила = 3,8 КДж, имеется две зоны (рис.4). Первая зона имеет структуру мартенсита, микротвердость составляет 841 НУ005 (рис.4 а). Вторая зона - мартенсит и троостит, микротвердость 494 НУ0.05- Глубина зоны термического влияния 0,04 мм.

H

Под воздействием электростатического поля во время лазерной закалки, твердость первой зоны возрастает до 946 HV0.os (рис.4 б). Твердость второй зоны не изменяется и составляет 501 HVo.os- Глубина ЗТВ возрастает до 0,08 мм.

На всех исследованных образцах граница перехода от упрочненной зоны к матрице четкая, резкая. Зона термического влияния обнаруживается четко.

" " £

< % <

а 0

Рисунок 4. Микроструктура Стали 65Г обработанной импульсным лазерным излучением без оплавления (х250) Микроструктурный анализ сталей при обработке излучением в режимах близких с температурой плавления и под воздействием электростатического поля показал увеличение микротвердости и глубины упрочненной зоны до 2-х раз по сравнению с обычной обработкой при напряжённости в 5 МВ/м. Результаты микроструктурных анализов образцов сведены в следующие графики (рис.5, 6).

Рисунок 5. Зависимость глубины II упрочненной зоны от напряженности электростатического поля Е

(I - Сталь 10, \У = 3 кДж: 2 - Сталь 65Г, \У = 4,5 кДж; 3-Сталь 65Г, Ш = 3,8 кДж)

Е.

МБ

Анализ полученных данных показывает, что чем больше исходное удельное сопротивление металла, на которое влияет содержание углерода и легирующих элементов, тем меньшее влияние оказывает на модифицированную микроструктуру металла импульсным ЛИ электростатическое поле (табл. 1).

Рисунок 6. Зависимость твердости НУ упрочненного слоя от напряжённости электростатического поля Е

(1 - Сталь 10, \У = 3 кДж; 2 - Сталь 65Г, = 4,5 кДж; 3 - Сталь 65Г, W = 3,8 кДж)

Таблица I. Удельное электрическое сопротивление материалов

Железо а-марганец Р-марганец у-марганец Графит

Удельное сопротивление, Ро, Ю"бОм'см 8,6 278 91 39,2 • 43

Расчет распределения температурного поля в зоне взаимодействия осуществлялся согласно математической модели:

! 0.5 0.5 ./ , Л -((г+и'-д-'Мг-У)3♦(г-г')2)

Т = АР\ 1 ¡-Т^Чё*' (1)

где А — коэффициент поглощения поверхности; Р — мощность ЛИ; / — распределение интенсивности в пятне фокуса ЛИ; а — температуропроводность, а = —; с — удельная теплоемкость; р — плотность материала; к — теп-су?

лопроводность.

На основе проведённых исследований была доработана исходная математическая модель, описывающая распределение температурного в зоне обработки металла ЛИ поля с учётом влияния электростатического поля:

Г(Р,х,у,0 = Г Г Г -т^Ц^е I (2)

где КЕ- коэффициент влияния электростатического поля (рис.7), Ке>1.

11

Для расчёта мощности лазерного излучения при достижении заданной глубины закалённого слоя в САУ ЛТК для импульсного режима используется математическая модель:

пив (3)

V (о I

где Ьзак - глубина закалённого слоя.

Расчёты по данной формуле хорошо коррелируются с экспериментальными исследованиями.

Рисунок 7. Зависимость коэффициента влияния электростатического поля КЕ от напряженности Е (1 - Сталь I О, W = 3 кДж; 2 - Сталь 65Г, W = 4,5 кДж; 3 - Сталь 65Г,

W = 3,8 кДж).

Разработана модель упрочнения поверхности детали лучом лазера, которая, учитывая наложение электростатического поля на зону обработки, позволяет исследовать динамику процесса закалки и повысить эффективность лазерной закалки, путём управления глубиной ЗТВ электростатическим полем.

В третьей главе рассматривается анализ и синтез САУ ЛТК в импульсном режиме по напряжённости электростатического поля, для достижения заданной глубины зоны термоупрочнения на основе математической модели и измерения информативных параметров в реальном времени хода ТП и разработана методика расчёта значений параметров звеньев структурной схемы САУ ЛТК, определяющий требуемые показатели качества термообработки в электростатическом поле; разработана и исследована структурная схема системы управления ЛТК на основе математической модели зависимости глубины зоны термоупрочнения от напряжённости электростатического поля.

Оптимальный путь построения САУ ЛТК, приводящий к стабилизации показателей качества закалённого слоя в металлах, является стабилизация температуры в зоне взаимодействия ЛИ с металлом и учёт влияния электростатического поля.

САУ ЛТК включает совокупность звеньев системы, содержащую как источник ЛИ, оптический тракт транспортировки, обрабатываемую деталь, и т.д. так и МПС с регуляторами выходных параметров ТП. На САУ ЛТК помимо электростатического поля действуют возмущающие воздействия различной физической природы. Они в конечном итоге, влияют на температуру в зоне закалки, отклоняя ее от заданных по технологии значений, а значит ухудшающие качество и свойства закалённого слоя.

Рассматриваемая САУ имеет сложную структуру с большим количеством обратных связей и является нелинейной. Поэтому при обосновании выбора математической модели САУ были приняты определенные условия и допущения, при которых данная система является линейной. Все расчеты и исследования производились для линеаризованной системы управления.

САУ ЛТК условно можно разделить на три независимые подсистемы. В первой - применяется регулирование мощности импульса ЛИ; во второй -управление положением лазерного луча на поверхности детали с помощью разработанного углового датчика; в третьей - управление напряжённостью электростатического поля.

Математическая модель представлена в виде дифференциальных уравнений, на основе которых построена структурная схема (рис.8).

Рисунок 8. Структурная схема САУ ЛТК (первый и второй канал).

Для обеспечения закалки металлических деталей предложена САУ ЛТК, состоящая из трёх основных частей, собственно ЛТК на базе лазера ГОС-301 с управляемым блоком питания по выходной мощности ЛИ, системы управления положением фокуса ЛИ и напряжённостью электростатического поля.

Составлены математические модели подсистем. Динамические процессы в элементах, входящих в нее, описываются дифференциальными уравнениями, на основании которых рассчитаны передаточные функции, используя пакет прикладных программ МаШСАО 14. Получены переходные и частотные характеристики, определяющие качество САУ ЛТК.

Коэффициенты передачи и постоянные времени подсистемы можно условно разделить на изменяемые и неизменяемые в зависимости от возможности варьирования.

График переходного процесса подсистемы регулировки напряжённости электростатического поля в зоне обработки лазерным излучением показан на рис. 9.

Еу=Т

Рисунок 10. Алгоритм расчёта параметров звеньев структурной схемы САУ ЛТК.

0,5 1 1,5 2 2.5 3 1,/с

Рисунок 9. График переходного процесса подсистемы регулировки напряжённости электростатического ноля в зоне обработки Для решения задачи оптимизации применяется метод параметрической оптимизации, заключающийся в обеспечении заданного качества модифицированного слоя при минимизации времени реакции подсистемы. Вектором управляемых параметров являются постоянные времени и коэффициенты передачи.

При решении определяются такие параметры системы, которые обеспечивают оптимальное время реакции подсистемы при достижении заданной точности. Разработана методика расчёта

параметров звеньев структурной схемы САУ ЛТК, определяющий пределы изменения требуемых показателей качества термообработки (рис. 10).

Применение предлагаемых устройств и алгоритма позволяет значительно расширить функциональные возможности ЛТК. Полученные результаты позволяют сформировать структуру САУ ЛТК, повышающую качество ТП и достижение заданных показателей качества закалённого слоя.

В четвертой главе разработан способ позиционирования фокуса луча на поверхности детали на основе высокоточного датчика углового положения оптической системы ЛТК, блок создания электростатического поля и получены

результаты теоретико-экспериментальных исследований влияния модового состава ЛИ на распределение температуры в зоне фазовых превращений.

Для ТП лазерной закалки характерно то, что закалка происходит в поверхностном слое металла на глубину /».Таким образом, процесс требует наличия прецизионной системы позиционирования оптики длиннофокусного ЛТК, которой можно добиться использованием фотоэлектрического датчика углового позиционирования оптической системы. К точности датчика предъявляются высокие требования, измеряемые десятками угловых секунд, что соответствует отклонению пятна на поверхности десятым долям мм.

На рис. 11 представлена функциональная схема фотоэлектрического датчика угла.

Рисунок 11. Фотоэлектрический датчик угла.

1 - осветитель, 2 - коллиматор, 3 - поляризатор, 4 - электрооптический переключатель плоскости поляризации, 5, 16, 17 - полупрозрачное зеркало, 6 - анализатор, 7 - фокусирующая линза, 8, 2!, 22 - фотоприёмник, 9 - усилитель с управляющим входом, 10 - генератор импульсов, 11 - коммутатор, 12, 13 - два фильтра, 14 - сумматор, 15 - вычптатель, 18 - глухое зеркало, 19, 20 - поляризаторы, 23, 24 - усилитель, 25, 26, 21 - аналого-цифровой преобразователь, 28 - интерфейс, 29 - МПС.

В фотоэлектрический датчик угла дополнительно включён блок измерения степени поляризации. Он необходим для исключения влияния несовершенства оптических элементов, определяющих степень линейности квазимонохроматического излучения. Поправка, вводимая в МПС, по степени поляризации позволяет снизить уширение синусоидальных сигналов, что повышает точность измерения угловых перемещений.

Применение разработанного углового датчика оптической системы ЛТК позволило проводить лазерную закалку металлов без наложения ЗТВ (рис.12) с достижением заданных свойств.

Рисунок 12 Микроструктура Сталь 45 с обработкой двумя импульсами.

В диссертационной работе были проведены расчёты основных элементов блока создания электростатического поля, таких как: трансформатор, выпрямительный мост, ёмкостной фильтр. В блоке электростатического напряжения предлагается использовать трансформатор марки ТА93-127/220-50, диоды для выпрямления КД 226А, в качестве ёмкостного фильтра конденсатор К50-16-50-1000, и умножитель напряжения УН9/27-1,3.

Разработана схема блока создания электростатического поля необходимой величины. Данный блок позволяет получать однородное электростатическое поле с напряжённостью вплоть до 5 МВ/м. Такой напряжённости достаточно, для получения стабильной глубины закалки коромысла клапана двигателя КамАЗ.

Проведены численные и физические экспериментальные исследования влияния модового состава на модифицированную микроструктуру. Результат расчета (1) показан на рис.13. Как видно из рисунка, в пределах 0+0,Змм отклонение температуры не превышает 30°С. Такая разница температуры на поверхности металла не оказывает существенного влияния на распределение показателей качества ТП лазерного воздействия.

Рисунок 13. Температурные кривые расчетного воздействия ЛИ (ТЕМц>) Проведенные исследования образцов из различных металлов после воздействия ЛИ показывают разнообразие форм ЗТВ. Из теории распределения интенсивности ЛИ при различных ТЕМтпС1 — мод можно предположить изменение формы зоны термического воздействия, что и было выявлено при анализе, выполненном лабораторией металлографических исследований Автомобильного завода ОАО «КамАЗ».

Сделанные в лаборатории микрофотографии показали, что для химически активных металлов существует пороговое значение плотности мощности излучения, при которой влиянием модового состава можно пренебречь. При величинах плотности мощности ниже порогового значения проявляется влияние модового состава.

Установлено влияние модового состава энергии ниже пороговых значений на процесс модификации микроструктуры металлов под воздействием импульсного ЛИ.

В заключении приведена общая характеристика работы и основные выводы по результатам диссертационной работы. Поставленная цель — повышение эффективности ЛТК термообработки металлов с требуемыми показателями качества и характеристиками термоупрочнённюго слоя за счет управления электростатическим полем, достигнута внедрением системы управления ЛТК, по напряжённости электростатического поля с достижением заданной глубины зоны модификации на основе математической модели учитывающей удельное сопротивление скин-слоя и повышением точности позиционирования ЛИ на поверхности образца.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Результатом исследований является научно-обоснованная техническая разработка эффективной системы управления процессом лазерного термоупрочнения металлов на основе результатов экспериментальных исследований влияния напряжённости электростатического поля на физические процессы в зоне воздействия, имеющая существенное значение для различных отраслей знаний и техники, использующих ЛТК для обработки металлов.

1. Разработана эффективная система управления глубиной термоупрочнения металлов ЛИ на основе результатов экспериментальных исследований влияния напряжённости электростатического поля на физические процессы в зоне воздействия. Установлено, что при помощи внешнего, электростатического поля совместно с ЛИ возможно управлять глубиной ЗТВ, при напряжённости 5 МВ/м глубина закалки увеличивается до 2 раз, по сравнению с обычной лазерной обработкой.

2. Разработана методика расчёта глубины зоны фазовых превращений в металле на основе результатов экспериментальных исследований влияния напряжённости электростатического поля на физические процессы в зоне воздействия ЛИ. Создана математическая модель распределения температурного поля в металлах, учитывающая влияние электростатического поля.

3. Разработана методика расчёта значений параметров звеньев структурной схемы САУ ЛТК, определяющий требуемые показатели качества термообработки в электростатическом поле. Сформирована структура САУ ЛТК, повышающая качество ТП и достижение заданных показателей качества и свойств термоупрочнённой зоны.

4. Разработана функциональная модель управления процессом импульсного термоупрочнения на основе высокоточного датчика углового положения оптической системы ЛТК, в отличие от других, исключающая влияние несовершенства оптических элементов, что позволяет повысить показатели качества ТП. Разработан датчик углового положения оптической системы, обеспечивающий точность позиционирования в десятки угловых секунд.

5. Разработана и исследована структурная схема САУ ЛТК на основе математической модели зависимости глубины зоны модификации в электростатическом поле. Использование разработанной структурной схемы системы

17

управления позволило повысить эффективность ЛТК термообработки металлов с достижением требуемых показателей качества и характеристиками микроструктуры модифицированного слоя.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в журналах из списка, рекомендованного ВАК РФ:

1. Башмаков, Д.А. Управление электростатическим полем глубиной зоны лазерной закалки в металлах/ Д.А. Башмаков, В.В. Звездин, И.Х. Исрафи-лов, В.А Песошин // Вестник КГТУ им. Туполева. 2010. - №2.

Статьи:

2. Башмаков, Д.А. Повышение качества лазерной сварки / В.В. Звездин, Д.А. Башмаков, A.B. Хамадеев, P.C. Файрузов // Проектирование и исследование технических систем. Межвузовский научный сборник . — № 5. — Наб. Челны: Изд-во ИНЭКА, 2006. — С. 101 -103.

3. Башмаков, Д.А. Зависимость показателей качества сварки от параметров лазерного технологического комплекса /В.В. Звездин, A.B. Хамадеев, С.М. Портнов, Д.А. Башмаков // Информационные и социально-экономические аспекты создания современных технологий: Онлайновый электронный научно-технический журнал, 2008. — № 4. — http://kampi.ru/sets.

4. Башмаков, Д.А. Системный подход к разработке модели формирования микроструктур в металлах при лазерной закалке / В.В. Звездин, Д.А. Башмаков, А.И. Нугуманова, И.Н. Кузнецов, И.Р. Шангараев // Проектирование и исследование технических систем. Межвузовский научный сборник . — № 12. — Наб. Челны: Изд-во ИНЭКА, 2008. — С. 86 -94.

5. Башмаков, Д.А. Управление процессом лазерного термоупрочнения, на основе высокоточного датчика углового положения / Д.А. Башмаков, И.Х. Исрафилов, В.В. Звездин // Информационные и социально-экономические аспекты создания современных технологий: Онлайновый электронный научно-технический журнал, 2010. — № 2. —

6. Башмаков, Д.А. Модель расчёта параметров лазерного термоупрочнения, учитывающая влияние электростатического поля / Д.А. Башмаков // Информационные и социально-экономические аспекты создания современных технологий: Онлайновый электронный научно-технический журнал, 2010. — № 2. — http://ineka.ru/sets.

Материалы конференций:

7. Башмаков, Д.А. Лазерная обработка, как способ повышения ресурса автомобиля / В.В. Звездин, Д.А. Башмаков, Н.В. Афанасьев, Р.К. Фардиев, P.P. Юнусов // Энергоресурсоэффективность и энергосбережение. Труды VI международного симпозиума, г.Казань 2006г, С. 56-60

8. Башмаков, Д.А. Оптимизация технологии лазерной закалки при производстве металлических изделий с заданной глубиной упрочнённого слоя / И.Х. Истрафилов, В.В. Звездин, Д.А. Башмаков // Сборник трудов Междуна-

18

родной научно-технической и образовательной конференции «Образование и наука- производству». Часть 1, книга 2, изд-во ИНЭКА, 2010г., с. 168-171

Подписано в печать 20.05.10 г. Формат 60x84/16 Бумага офсетная Печать ризографическая Уч.-изд. л. 1,0 Усл.-печ.л. 1,0 Тираж 100 экз.

Заказ 1819 Издательско-полиграфический центр Камской государственной инженерно-экономической академии

423810, г. Набережные Челны, Новый город, проспект Мира, 68/19 тел./факс (8552) 39-65-99 e-mail: ic@ineka.ru

ВВЕДЕНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С МЕТАЛЛАМИ.

1.1 Патентно-информационные исследования по; процессам импульсного воздействия лазерного излучения на металлы

1.2 Требования, предъявляемые к лазерной закалке в импульсном режиме

1.3 Микроструктурный анализ зоны» термического воздействия лазерного излученияквшмпульсном режиме 25 114? Физические основы процесса? взаимодействия лазерного излучения с металлами 33 1:5 Анализ изделий подвергающихся термическому упрочнению 40. 1:6 Анализ влияния параметров лазерного упрочнения на показатели качества технологического процесса. 42 1.7 Выводы

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО

ПОЛЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ТП ЗАКАЛКИ МЕТАЛЛОВ.

2:1 Экспериментальные исследования- процесса влияния-электростатического поля.наоону воздействия лазерного излучения» 49: 2;2: Характеристики; электростатического поля, определяющие', область допустимых значенийшоказателешкачестваЛТП

2.3 Анализ результатов экспериментальных исследовании

2.4- Математическая модель процесса воздействия электростатического поля на зону закалки

2.5 Выводы

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ И СИНТЕЗ САУ ЛТК В ИМПУЛЬСНОМ РЕЖИМЕ

3.1 Основные функциональные характеристики звеньев САУ ЛТК.

3.2 Параметрическая оптимизация системы управления. 763.3 Обоснование разделения^ каналов регулирования в системе управления.

3.3.1 Расчет показателей качества первого и второго канала.

3.4 Расчет постоянной времени канала управления электростатическим полем.

3.4.1 Контур управления электростатическим полем

3.5 Синтез структурной схемы САУ ЛТК

3.5.1 Анализ типов структурных схем

3.5.2 Разработка САУ ЛТК. 89*

3.5.3 Описание САУ ЛТК.

3.6 Выводы к третьей главе.

ГЛАВА 4: АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЗВЕНЬЕВ ЛТК НА ЗОНУ ЗАКАЛКИ.

4.1 Разработка датчика углового позиционирования оптической системы^

4.1.1' Требования, предъявляемые к датчику углового позиционирования оптической системы

4.1.2 Расчёт основных элементов датчика углового» позиционирования оптической системы

4.2 Разработка управляемого источника питания

4.2.1 Требования, предъявляемые к элементам источника питания

4.2.2 Расчет основных элементов источника питания

4.2.3 Исследование характеристик управляемого источника питания

4.3 Разработка структурной схемы экспериментальной установки

4.4 Теоретико-экспериментальное исследование влияния модового состава ЛИ

4.5 Металлографические исследования зоны лазерной закалки с управлением электростатическим полем

4.6 Статистическая обработка экспериментальных данных

4.7 Выводы 130 Заключение 130 Список использованной литературы 133 Приложение

Развитие современного производства обусловливает все возрастающее внедрение наукоемких и прогрессивных технологий. К ним относится и лазерная обработка материалов, которая позволяет обеспечить требуемые показатели качества технологических процессов (ТП) при соблюдении высокой эффективности производства. Лазерная обработка является одной из' технологий, которые определяют современный уровень производства; в промышленно развитых странах.

Лазерная технология получила широкое распространение при поверхностной закалке. Однако, возможности использования лазерного излучения (ЛИ) в качестве универсального инструмента реализованы далеко не полностью. Это связано со сложностью происходящих физико-химических процессов; при взаимодействии излучения с металлами, и необходимостью обеспечения» высокого качества обработанной поверхности, в основном зависящей от уровня автоматизации производственных процессов.

Основные проблемы, внедрения автоматизации, управления с достижением: требуемых показателей качества и- характеристик, термоупрочнённого слоя на основе: импульсных, лазеров связаны с малой изученностью быстропротекающих процессов, и влияния воздействия возмущающих факторов при реализации ТП. Разработка , алгоритмов управления- лазерным технологическим комплексом (ЛТК) в импульсном режиме;на основе математической модели, протекающих физических;процессов " является 'трудоёмкой задачей, т.к. требует выявления связей между показателями качества ТП и информативными параметрами, измеряемыми в реальном времени.

Экспериментальные исследования по модификации микроструктуры металлов под воздействием импульсного ЛИ. с применением электростатического поля в зоне воздействия определили подход к созданию 5 системы автоматического управления (САУ) ЛТК в режиме реального времени процесса обработки для получения заданной структуры и свойств зоны термического влияния (ЗТВ). Все это обусловливает необходимость применения новых подходов к управлению процессом термообработки металлов и разработки САУ с обеспечением требуемого качества деталей.

Исследованиям в области лазерной термообработки металлов посвящены работы М.П. Фёдорова, Г. А. Туричина, В. А. Сойфера, В.П. Шорина, А.Г. Григорьянца, И.Н. Шиганова, В.П. Вейко, Е.Б. Яковлева, Г.А. Абильсиитова, В.М. Андрияхина, Г.Г. Гладуша, А.А. Введенова, Е.П. Велихова, И.В. Зуева, ВА. Лопоты, Н.Н. Рыкалина, АА. Углова и других ученых.

Данная работа посвящена исследованию' процессов влияния электростатического поля на глубину зоны фазовых превращений при воздействии ЛИ и на их основе разработке методик и алгоритмов управления процессом термоупрочнения5 металлов, синтеза структуры САУ ЛТК в импульсном режиме с оптимизацией параметров её звеньев, обеспечивающих требуемые показатели качества управления.

Объект исследования — процесс лазерного термоупрочнения металлов в электростатическом поле.

Предметом исследования является управление процессом термоупрочнения металлов в электростатическом поле.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности ЛТК термообработки металлов с требуемыми показателями качества и характеристиками термоупрочнённого слоя за счет управления электростатическим полем.

Научные задачи работы заключаются в:

1. Разработке эффективной системы управления глубиной термоупрочнения металлов ЛИ на основе результатов экспериментальных исследований влияния напряжённости электростатического поля на физические процессы в зоне воздействия.

2. Разработке методики расчёта глубины зоны фазовых превращений в металле на основе результатов экспериментальных исследований влияния напряжённости электростатического поля на физические процессы в зоне воздействия ЛИ.

3. Разработке методики расчёта значений параметров звеньев структурной схемы САУ ЛТК, определяющий требуемые показатели качества термообработки в электростатическом поле.

4. Определении условий, изменяющих характер зоны фазовых превращений в металлах на основе результатов экспериментальных исследований и вносящие основной вклад в получение заданной глубины термоупрочнения.

5. Разработке и исследовании структурной схемы САУ ЛТК на основе математической модели зависимости глубины зоны модификации в электростатическом поле, от параметров ТП.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы методы математического моделирования, базирующиеся на основах физики процесса взаимодействия ЛИ с металлами, теории автоматического управления, и реализованные в рамках численных экспериментов. Результаты исследований и измерений обрабатывались с применением пакетов прикладных программ MathCAD 14 и Excel.

Обоснованность и достоверность полученных результатов определяются применением известных теоретических положений фундаментальных наук, использованием теории автоматического управления, корректностью используемых моделей и их адекватностью реальным физическим процессам, совпадением теоретических результатов с данными экспериментов, подтверждённых актами исследовательских лабораторий.

Новизна полученных результатов заключается в следующем: 7

1. На основе теоретико-экспериментальных исследований влияния модового состава ЛИ на распределение температурного поля в зоне взаимодействия с металлом разработана методика расчёта параметров ТП термоупрочнения, применяемая на этапе технологической подготовки производства в автоматическом режиме, в отличие от других, учитывающая влияние электростатического поля, определяющая условия, при которых достигается заданная глубина закалки,

2. Разработан способ управления глубиной зоны термоупрочнения в металлах, в автоматизированном режиме, воздействием электростатического поля, в отличие от известных, учитывает электропроводность скин-слоя рабочей поверхности деталей» на основе теплофизических расчетов, что повышает показатели качества ТП.

3. Разработана функциональная модель управления процессом импульсного термоупрочнения на основе высокоточного датчика углового положения оптической системы ЛТК, в отличие от других, исключающая влияние несовершенства оптических элементов, что позволяет повысить показатели качества ТП.

4. Разработана методика расчёта значений параметров звеньев " структурной схемы САУ ЛТК, определяющий требуемые показатели качества термообработки в электростатическом поле.

Практическая значимость диссертационной работы:

- Предложенный способ управления глубиной зоны термоупрочнения позволит снизить энергоёмкость ТП импульсной лазерной закалки, что существенно расширяет возможности применения лазерной технологии;

- Разработанная методика расчёта параметров ТП термоупрочнения металлов обеспечивает требуемые значения показателей качества зоны взаимодействия на этапе технологической подготовки производства в автоматическом режиме, предназначена для конструкторских и технологических отделов и бюро предприятий машиностроения; 8

- Результаты теоретических и экспериментальных исследований по лазерному термоупрочнению металлов с применением электростатического поля расширяют область знаний, используемых в учебном процессе вуза или при переподготовке специалистов.

Реализация и внедрение результатов работы. Использование метода расчёта параметров ТП, определяющих условия, при которых изменяются качественные характеристики микроструктуры зоны взаимодействия ЛИ с металлами в электростатическом поле, с заданными показателями качества и расчёта глубины зоны фазовых превращений, а также методов автоматического управления ЛТК, позволили повысить показатели качества закалки импульсным ЛИ.

Использование результатов диссертационной работы привело к повышению эффективности ЛТК с получением деталей с заданными ^ показателями качества закалки. Все это позволило повысить эффективность использования лазерного оборудования. Результаты работы внедрены в учебном процессе ГОУ ВПО «ИНЭКА», ГОУ ВПО «КГГУ им. А.Н. Туполева», ОАО «КамАЗ» о чем свидетельствуют акты, об использовании результатов работы.

Диссертационная работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

Апробация работы. Основные результаты и отдельные разделы диссертации докладывались и обсуждались на VI и IX Международном симпозиуме «Ресурсоэффективность и* энергосбережение» (г. Казань, 2006,

2008), межрегиональной научно-практической конференции «Студенческая наука в России на современном этапе» (ИНЭКА - Наб. Челны, 2008), I и II

Межрегиональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Камские чтения» (ИНЭКА - Наб. Челны 2009, 2010),

Научно-технической конференции при Академии наук РТ 9

Низкотемпературная плазма в процессах нанесения функциональных покрытий», международной научно-технической конференции «Образование и наука - производству» (ИНЭКА — Наб.Челны 2010), научных семинарах кафедр «Электротехники и электроники», «Высокоэнергетической и пищевой инженерии» и «Автоматизации и информационных технологий», «Машины и технология литейного производства» Камской государственной инженерно-экономической академии.

В работах, выполненных в соавторстве, личное участие автора заключается в решении задач по разработке модели расчёта параметров ТП термоупрочнения, по разработке функциональной модели управления процессом импульсного термоупрочнения, по разработке способа управления глубиной зоны термоупрочнения в металлах, по разработке модели расчёта значений параметров звеньев структурной схемы САУ ЛТК, в проведении экспериментальных исследований, в анализе результатов, и формулировании выводов.

Публикации. Содержащиеся в диссертации материалы нашли отражение в 8 научных трудах, в том числе, в 1 статье в журнале, рекомендованном ВАК.

Структура и- объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 55 рисунков, 7 таблиц, список литературы включает 122 наименования.

4.7 Выводы

Разработанный метод определения углового положения оптической системы ЛТК позволяет проводить закалку изделий без наложения ЗТВ, что приводит к получению стабильных показателей качества закалённого слоя. Управляемый источник электростатического поля способствует достижению заданной глубины закалки в металлах и снижению энергопотребления всего ЛТК, за счёт уменьшения мощности вкладываемой в импульс ЛИ.

Установлено влияние модового состава ЛИ ниже пороговых значений на процесс модификации микроструктуры металлов под воздействием электростатического поля.

Структурная схема установки, включающая УИЭП и датчик углового положения оптической системы, позволяет достигнуть повышения качества поверхности обрабатываемых изделий в машиностроении, что подтверждается металлографическими исследованиями.

Заключение

Поставленная цель — повышение эффективности ЛТК термообработки металлов с требуемыми показателями качества термоупрочнённого слоя, за счет управления электростатическим полем, достигнута за счет повышения точности позиционирования ЛИ на поверхности образца, и внедрения системы управления ЛТК, по напряжённости электростатического поля, для достижения заданной глубины зоны модификации на основе математической модели учитывающей удельное сопротивление скин-слоя.

Результатом исследований является научно-обоснованная техническая разработка эффективной системы управления процессом лазерного термоупрочнения металлов на основе результатов экспериментальных исследований влияния напряжённости электростатического поля на физические процессы в зоне воздействия, имеющая существенное значение для различных отраслей знаний и техники, использующих ЛТК для обработки металлов.

1. Разработана эффективная система управления глубиной термоупрочнения металлов ЛИ на основе результатов экспериментальных исследований влияния напряжённости электростатического поля на физические процессы в зоне воздействия. Установлено, что при помощи внешнего электростатического поля совместно с ЛИ возможно управлять глубиной ЗТВ, при напряжённости 5 МВ/м глубина закалки увеличивается до 2 раз, по сравнению с обычной лазерной обработкой.

2. Разработана методика расчёта глубины зоны фазовых превращений в металле на основе результатов экспериментальных исследований влияния напряжённости электростатического поля на физические процессы в зоне воздействия ЛИ. Создана математическая модель распределения температурного поля в металлах, учитывающая влияние электростатического поля.

3. Разработана методика расчёта значений параметров звеньев структурной схемы САУ ЛТК, определяющий требуемые показатели качества термообработки в электростатическом поле. Сформирована структура САУ ЛТК, повышающая качество ТП и достижение заданных показателей качества и свойств термоупрочнённой зоны.

4. Разработана функциональная модель управления процессом импульсного термоупрочнения на основе высокоточного датчика углового положения оптической системы ЛТК, в отличие от других, исключающая влияние несовершенства оптических элементов, что позволяет повысить показатели качества ТП. Разработан датчик углового положения оптической системы, обеспечивающий точность позиционирования в десятки угловых секунд.

5. Разработана и исследована структурная схема САУ ЛТК на основе математической модели зависимости глубины зоны модификации в электростатическом поле. Использование разработанной структурной схемы системы управления позволило повысить эффективность ЛТК термообработки металлов с достижением требуемых показателей качества и характеристиками микроструктуры модифицированного слоя.

1. Григорьянц А. Г., Технологические процессы лазерной обработки: Учеб. пособие для вузов / И. Н. Шиганов, А. И. Мисюров; под ред. А. Г. Григорьянца; — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. — 664 с.

2. Зуев И.В. Обработка материалов концентрированными потоками энергии. — М.: Изд-во МЭИ, 1988.

3. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н. Оборудование и технология лазерной обработки материалов. М.: Высшая школа, 1990.

4. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Чирков А. М. Гибридные технологии лазерной сварки: Уч. пособие. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. — 52 е.: ил.

5. Дьюли У. Лазерная технология и анализ материалов: Пер. с англ. — М.: Мир, 1986.

6. Реди Дж. Промышленные применения лазеров: Пер. с англ. — М.: Мир, 1981.

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

8. В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, Д. А. Башмаков, Р. С. Файрузов. Повышение качества сварки разнородных металлов // Межвузовский научный сборник. «Проектирование и исследование технических систем» г. Наб. Челны: Изд-во ИНЭКА, 2007. — №10. - С. 109 - 111.

9. Гуревич С. М. Сварка химически активных и тугоплавких металлов и сплавов: Б-ка электросварщика. —М.: Машиностроение, 1982. — 95 е.: ил.

10. Материаловедение: Учебник для вузов / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.

11. Заявка на изобретение №2006143445/02 МКИ В23К 26/40. Способ изготовления микро- и наномеханических компонентов содержащий этап абляции с помощью фемтолазера/ ТагХ.С.; опубл. 20.06.2008 бюл.№ 17.

12. ПРФ №2273672 МКИ C21D 1/09, C21D 1/04. Способ упрочняющей обработки металлов / Пыриков П.Г.; опубл. 2006.04.10

13. ПРФ №2275432 МКИ C21D 1/09, C21D 1/04. Способ поверхностного упрочнения металлов / Рузанов Ф.И., Пыриков П.Г.; опубл. 2006.04.27

14. ПРФ №28840 МКИ В23К 26/00. Устройство для упрочнения наружных цилиндрических и эксцентриковых поверхностей распределительных валов лучом лазера / Сорокин В.М., Тарасова Е.А., Берглезов В.В., Котельников В.И., Танчук С.С.; опубл. 2003.04.20.

15. ПФР №2105398 МКИ H01S3/08. Импульсно-периодический лазер / Забелин A.M.; опубл. 1998.02.20

16. ПФР №2027268 МКИ H01S3/10. Импульсный лазер / Котиков В.Н., Титков Ю.С., Крылов В.А.; опубл. 1995.01.20

17. ПФР №2012464 МКИ В23К26/00. Способ лазерной прошивки отверстий и устройство для его осуществления / Добровольский И.Г., Жикленков В.К., Подойницын В.Х.; опубл. 1994.05.15

18. Авторское свидетельство №1360236 МКИ С23С8/26. Способ химико-термической обработки стальных изделий / Зорихин А.Ф., Гребенников В.А., Углов А.А.; опубл. 10.07.2005 бюл. № 19.

19. Технология обработки концентрированными потоками энергии: Учебное пособие / А.А, Паркин. Самарский госутарственный технический университет. Самара, 2004 494 с.

20. Лазерная техника и технология: Учеб. пособие для вузов. В 7 кн. / под ред. А.Г. Григорьянца. Кн. 3: А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов. Методы поверхностной лазерной обработки. — М.: Высш. шк. 1987

21. Григорьянц А. Г., Технологические процессы лазерной обработки: Учеб. пособие для вузов / И. Н. Шиганов, А. И. Мисюров; под ред. А. Г. Григорьянца; — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. — 664 с.

22. Ландсберг Г. С. Оптика.— М.: Наука, 1976.— Гл. 23, 25.

23. Каминский М. Атомные и ионные столкновения на поверхности металла: Пер. с англ./Под ред. Л. А. Арцимовича.— М.: Мир, 1976.— Гл. 1.

24. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред.— М.: Наука, 1982.—§ 86.

25. Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П. Физическая кинетика.— М.: Наука, 1979,—§ 31.

26. Таблицы физических величин. Справочннк/Под ред. И. К, Кикоина,— М.: Атомиздат, 1976.

27. АСУ на промышленном предприятии: Методы создания: Справочник/С. Б. Михалёв, Р. С. Седегов, А. С. Гринберг и др. — 2-е изд., перераб. и доп. —М.: Энергоатомиздат, 1989.— 400 с.

28. Изменение структуры и свойств гильзы цилиндра двигателя внутреннего сгорания после лазерной обработки/ В.М.Андрияхин, В.К.Седунов, В.Н.Белов и др. -Металловедение и термическая обработка металлов, 1980, №9.

29. Термическая обработка в машиностроении: Справочник/Под общ. ред. Ю.М.Лахтина, А.Г.Рахштадта. М.Машиностроение, 1980.

30. Коваленко B.C. Лазерная технология: Учебник. К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989. - 280 с.

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

32. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение, 2000. 320 с.

33. Промышленное применение лазеров /Под ред. Г.Кёбнера; Пер.сангл. М.: Машиностроение, 1988. 280 с.135

34. Андрияхин В.М., Фишкис М.М. Лазеры и перспективы их применения в автомобилестроении. Изд.НИИНавтопрома, 1980.

35. Сафонов А.Н., Григорьянц А.Г., Макушева Н.А. Исследование микроструктуры алюминиевых и медных сплавов после обработки непрерывным СО-лучом. Электронная обработка материалов, 1984. №1.с.26-29.

36. Лазерная закалка деталей станков. Г.А.Акулина, Б.Х.Мечетнер, А.Г.Шныпкин. Станки и инструменты, 1985, №6, с.27-29.

37. Коваленко B.C. Лазерная технология: Учебник. — Киев: Высш. шк.,1989.

38. Романец В. А. Новые процессы производства металла: состояние и перспективы/ В. А. Романец // Металлург. 2001. — № 11 С. 12

39. Виноградов Б.А., Гавриленко В.К, Либенсон М.Н. Теоретические основы воздействия лазерного излучения на материалы: Учеб. пособие для вузов. — Благовещенск: Благовещ. политех, ин-т, 1993.

40. Андрияхин В.М. Процессы лазерной сварки и термообработки. — М.: Наука, 1988.

41. Веденов А.А., Гладуш Г.Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов. — М.: Энергоатомиздат, 1985.

42. Лазерная техника и технология: Учеб. пособие для вузов. В 7 кн. / Под ред. А.Г. Григорьянца. Кн. 5: А.Г. Григорьянц, И.Н. Шиганов. Лазерная сварка металлов. —М.: Высш. шк., 1988.

43. Компьютерное проектирование и подготовка производства сварных конструкций: Учеб. пособие для вузов / С.А. Куркин, В.М. Ховов, Ю.Н. Аксенов и др.; Под ред. С.А. Куркина, В.М. Ховова. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.

44. Ерофеев В.А. Прогнозирование качества электронно-лучевой и лазерной сварки на основе компьютерного моделирования / Под общ. ред. В.А. Судника, В.А. Фролова. — Тула: Тульск. гос. ун-т, 2002.

45. Гуреев Д.М., Ямщиков С.В. Основы физики лазеров и лазерной136обработки материалов: Учеб. пособие. — Самара: Изд-во Самарск. гос. ун-та, 2001.

46. Винокуров В.А., Григорьянц А.Г. Теория сварочных деформаций и напряжений. — М.: Машиностроение, 1984.

47. Авраамов Ю.С., Шиганов К.Н., Шляпин А.Д. Сварка и модификация поверхности металлических композиционных материалов. — М.: ГИНФО, 2002.

48. Виноградов Б.А., Костюков Н. С, Харичева Д.Л. Герметичные металлокерамические соединения. —М.: Наука, 2004.

49. Технологические лазеры: Справочник: В 2 т. Т 1: Расчет, проектирование и эксплуатация / Г. А. Абильсиитов, В. С. Голубев, В. Г. Гонтарь и др.; Под общ. ред. Г. А. Абильсиитова. — М.: Машиностроение, 1991.

50. Технологические лазеры: Справочник: В 2 т. Т 2: Системы автоматизации. Оптические системы. Системы измерения / Г. А. Абильсиитов,, В.Г. Гонтарь, А.А. Колпаков и др.; Под общ. ред. Г. А. Абильсиитова. — М.: Машиностроение, 1991.

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

52. Промышленное применение лазеров / Под ред. Г. Кебнера; Пер. с англ. под ред. И.В. Зуева. — М.: Машиностроение, 1988.

53. Рахманов Б.Н., Чистов Е.Д. Безопасность при эксплуатации лазерных установок. — М.: Машиностроение, 1981.

54. Мощные газоразрядные СОг-лазеры и их применение в технологии / Г. А. Абильсиитов, Е. П. Велихов, А. Г. Григорьянц и др. — М.: Наука, 1984.

55. Лазерная техника и технология: Учеб. пособие для вузов: В 7кн. / Под ред. А.Г. Григорьянца. Кн. 1: B.C. Голубев, Ф.В. Лебедев.137

56. Физические основы технологических лазеров. — М.: Высш. шк., 1987.

57. Лазерная техника и технология: Учеб. пособие для вузов: В 7 кн. / Под ред. А.Г. Григорьянца. Кн. 2: B.C. Голубев, Ф.В. Лебедев. Инженерные основы создания технологических лазеров. — М.: Высш. шк., 1988.

58. Лазерная техника и технология: Учеб. пособие для вузов. В 7 кн. / Под ред. А. Г. Григорьянца. Кн. 3: А. Г. Григорьянц, А. Н. Сафонов. Методы поверхностной лазерной обработки. —М.: Высш. шк., 1987.

59. Лазерная техника и технология: Учеб. пособие для вузов. В 7 кн. / Под ред. А. Г. Григорьянца. Кн. 4: А. Г. Григорьянц, А. А. Соколова. Лазерная обработка неметаллических материалов. — М.: Высш. шк., 1987.

60. Лазерная техника и технология: Учеб. пособие для вузов. В 7 кн. / Под ред. А. Г. Григорьянца. Кн. 6: А. Г. Григорьянц, А. Н. Сафонов. Основы лазерного термоупрочнения сплавов. — М.: Высш. шк., 1988.

61. Лазерная техника и технология: Учеб. пособие для вузов. В 7 кн. / Под ред. А. Г. Григорьянца. Кн. 7: А. Г. Григорьянц, А. А. Соколов. Лазерная резка металлов. — М.: Высш. шк., 1988.

62. Научно-технический отчет «Металлографические исследования материалов, обработанных лазерным лучом» / В. В. Звездин, Р. Ш. Ильясов, В. С. Кондратенко, А. В. Хамадеев, Р. Ф. Зарипов. — ВИНИТИ, № 5701-В-86, 1986.

63. Арханова А. М. Теплотехника/ А. М. Арханова. М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2004. - 712с.

64. Архитектура и модели систем статистического моделирования/ В. А. Песошин, В. И. Глова, В. М. Захаров, 3. Т. Яхина // Вестник КГТУ им. А. Н. Туполева, 1997, вып. 4.

65. В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, С. М. Портнов, И. Н. Кузнецов, Р. А.

66. Кисаев. Исследование процесса взаимодействия лазерного излучения сметаллами на основе измерения поляризации теплового излучения //138

67. Образование и наука Закамья Татарстана»: электронное периодическое издание. Вып. 11, 2008. http://lcama.openet.ru:3128/site/new.

68. Кожевников Ю. В. Теория вероятностей и математическая статистика/ Ю. В. Кожевников. М.: Машиностроение, 2002. - 415 с.

69. В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, С. М. Портнов. Исследование температурных режимов лазерной сварки // Межрегиональная научно-практическая конференция «Студенческая наука в России на современном этапе» / сборник докладов. Наб. Челны, 2008. - С. 168 - 170

70. Гортышов Ю. А. Теория и техника теплофизического эксперимента/ Ю. А. Гортышов, Ф. Н. Дресвянников, Н. С. Идиатуллин и др.; Под ред. В. К. Щукина. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1993, - 448 с.

71. В. А. Москалев. Теоретические основы оптико-физических исследований. — Л.: Машиностроение, 1987. — С. 261.

72. В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, Р. Р. Зиганшин, И. X. Исрафилов. Внедрение высокоэффективных технологий как метод ресурсосбережения // Ресурсоэффективность и энергосбережение. Труды VI Международного симпозиума. — Казань, 2007. С.56 -59.

73. Аззам Р. Эллипсометрия и поляризованный свет/Р. Аззам, Н. Башара. — М.; Мир, 1981. 584с.

74. Несканирующие тепловизионные приборы: Основы теории и расчета/Р. М. Алеев, В. П. Иванов, В. А. Овсянников. Казань: Изд-во Казанского университета, 2004. - 228 с.

75. Гультяев А. Визуальное моделирование в среде MATLAB: учебныйкурс. — С.-Пб: Питер, 2000 — 432 е.: ил.139

76. Каганов В. И. Радиотехника + компьютер + Mathcad /В. И. Каганов. М.: Горячая линия-Телеком, 2001. - 416 с.

77. Метьюз Дж. Г. Численные методы. Использование MATLAB/ Дж. Г. Метьюз, К. Д Финк. — 3-е издание.: Пер. с англ. — М.; Издательский дом «Вильяме», 2001. 720 с.

78. Мирошников М. М. Теоретические основы оптико-электронных приборов /М. М. Мирошников. — JL: Машиностроение, 1983. 696 с.

79. Норенков И. П. Основы автоматизированного проектирования/ И. П. Норенков. М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2006. - 448 с.

80. Кожевников, Ю.В. Теория вероятностей и математическая статистика/ Ю.В. Кожевников. М.: Машиностроение, 2002. - 415с.

81. Криксунов, JI.3. Справочник по основам инфракрасной технике/ Л.З. Криксунов. М.: Сов.радио, 1978. - 399 с.

82. Краснов, М.Л. Вся высшая математика. Учебник. Т.5. Изд. 2-е, исправл./ М.Л. Краснов, А.И. Киселев, Г.И. Макаренко и др. М.:Эдиториал «УРСС», 2002. - 296с.

83. Песошин, В.А. Моделирование. Вероятностные дискретные модели. Учебное пособие./ В.А. Песошин, В.И. Глова, В.М.Захаров, С.В. Шалагин. -Казань, Изд-во «АБАК», 1998 г. 50с.

84. Арсеньев, Ю.Н. Проектирование систем логического управления на микропроцессорных средствах: Учеб. пособие для вузов по спец: «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»/ Ю.Н. Арсеньев, В.М. Журавлев. М.:Высш. шк., 1991.-319 с.

85. Справочник по теории автоматического управления/ под ред. А.А. Красиовского М.: Наука, 1987.

86. Канаев, Е.М. Промышленные роботы. Книга 1. Общие сведения о промышленных роботах/ Е.М. Канаев, Ю.Г, Козырев, Б.И. Черпаков, В.И. Царенко. М.:Высшая школа, 1987. - 48 с.

87. Плахотников К. Э. Математическое моделирование и вычислительный эксперимент. Методология и практика/ К. Э. Плахотников. — М.: Эдиториал «УРСС», 2003. 280 с.

88. Попов Е. П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления: Учебное пособие/ Е. П. Попов. — М.: Наука, 1988. 256 с.

89. Сванидзе Э. Н., Харлампович О. Я. Технологические лазеры: Экономичность и границы эффективности. — М.: Машиностроение, 1990.

90. Сом А. И. Лазер + плазма: поиск новых возможностей в наплавке/ А. И. Сом, И. В. Кривцун // Автоматическая сварка, 2000.— № 12. — С. 36-41.

91. Степнов, М. Статистические методы обработки результатов механических испытаний. Справочник/ М. Степнов. — М.: Машиностроение, 2005. —400 с.

92. Физические величины: Справочник / А. П. Бабчиев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.; Под. Ред. И. С. Григорьева, Е. 3. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.

93. Топчеев Ю. И. Атлас для проектирования систем автоматического регулирования: Учеб. пособие для втузов/ Ю. И. Топчеев. — М.: Машиностроение, 1989.

94. Сварка. Резка. Контроль: Справочник: В 2 т. / Под общ. ред.141

95. Н.П. Алешина. Г.Г. Чернышева. — М.: Машиностроение, 2004.

96. А.с. 1767792 СССР. МПК G01J5/60. Система автоматического управления лазерным технологическим комплексом / В. В. Звездин, А.З. Асанов — 4799870; Заявлено 08.06.92; Зарегистрирован 08.06.92. (1992, бюл. 37, стр. 217)

97. Турчак Л. И. Основы численных методов/ Л. И. Турчак, П. В. Плотников. М.: Наука, 2002. - 304 с.

98. Бабаков Н. А. Теория автоматического управления: Учеб. для вузов по спец. «Автоматика и телемеханика». В 2-х ч. /Н. А. Бабаков, А. А. Воронов,

99. A. А. Воронова к др.; Под ред. А. А. Воронова. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 1986. — 367 е., ил.

100. Барвинок В. А. Мордасов В. И., Мурзин С. П. К вопросу формирования температурных полей при лазерной поверхностной обработке/

101. B. А. Барвинок, В. И. Мордасов, С. П. Мурзин // Изв. Академии наук «Металлы», 1995. № 3. С. 147-152.

102. В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, Р. Б. Каримов, Р. Г. Загиров, Р. Р. Юсупов. Управление процессом лазерной маркировки // Межвузовский научный сборник «Проектирование и исследование технических систем» -Наб. Челны, 2007. — № 11. С. 39 - 44.

103. Ю1.Волчкевич Л. Автоматизация производственных процессов/ Л. Волчкевич. -М.: Машиностроение, 2007. — 380 с.

104. Гарднер М.Ф., Бэрнс Дж. Л. Переходные процессы в линейных системах /пер. с англ. Зубков П. И., Либкинд М. С. М.: «Физико-математическая литература», 1981.

105. ЮЗ.Гилл Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация: Пер. с англ.—М.: Мир, 1985.— 509 е., ил.

106. Фалевич Б. Теория алгоритмов. Учебное пособие / Б. Фалевич. М.: Машиностроение, 2004. - 160 с.

107. Песошин В. А., Глова В. И., Захаров В. М. Синтез автономных автоматных моделей для статистического моделирования // Вестник КГТУ им. А. Н. Туполева, 1997. — вып. 4.

108. Юб.Филачев, A.M. Твердотельная фотоэлектроника. Физические основы/ А. М. Филачев, И. И. Таубкин, М. А. Тришенков. М.: Физматкнига, 2005.-384 с.

109. Численный расчет температурных полей металлических образцов под воздействием лазерного излучения. Моделирование и оптимизация сложных систем. Вестник Киевского университета, № 3, 1984.

110. В. В. Звездин, Н. В. Янчар, Р. Р. Валиахметов. Пути повышения эффективности процесса сварки циркониевых сплавов // Проектирование и исследование технических систем: Межвузовский научный сборник. Вып. 2. — г. Наб. Челны: изд-во КамПИ, 2002. С. 83 - 89.

111. А. В. Хамадеев, В. В. Звездин, Р. К. Фардиев, Д. А. Башмаков, Д. И. Исрафилов. Влияние модового состава лазерного излучения на зону термического воздействия в металлах // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. —№ 2, 2007.-С. 84-85.

112. Д.А. Башмаков, В.В. Звездин, И.Х. Исрафилов, В.АПесошин.

113. Управление электростатическим полем глубиной зоны лазерной закалки вметаллах / Вестник КГТУ им. Туполева. 2010. №2.143

114. В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, Р. Б. Каримов. Модель формирования микроструктур в металлах при лазерной сварке // Межвузовский научный сборник «Проектирование и исследование технических систем» Наб. Челны, 2007. — №11. - С. 150 - 154.

115. В.В. Звездин, Д.А. Башмаков, Н.В. Афанасьев, Р.К. Фардиев, P.P. Юнусов Лазерная обработка, как способ повышения ресурса автомобиля / Энергоресурсоэффективность и энергосбережение. Труды VI международного симпозиума, г.Казань 2006г, С. 56-60

116. Башмаков, Д.А. Влияние электростатического поля на коэффициент поглощения лазерного излучения /1-я межрегиональная научно-практическая конференция «Камские чтения»: сборник материалов, часть 3. Наб. Челны Изд-во ИНЭКА 2009г., С. 14-16

117. В.В. Звездин, Д.А. Башмаков. Повышение энергоэффективности при лазерной закалке / Энергоресурсоэффективность и энергосбережение. Труды IX Международного симпозиума. г.Казань 2008г., С. 369-371