ТРЕБОВАНИЯ К РАЗРАБОТКЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЛАЗЕРНОГО ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

REQUIREMENTS FOR THE DEVELOPMENT OF AN AUTOMATED CONTROL SYSTEM FOR THE PROCESS OF LASER SURFACE HARDENING OF CARBON STEELS

Igor Bukharestov

Student, Department of Automation, Mechatronics and Robotics, Vladimir state University,

Russia, Vladimir

Anastasiya Kirilina

Scientific supervisor, candidate of Technical Sciences, associate professor, Vladimir state University,

Russia, Vladimir

АННОТАЦИЯ

В статье обоснованы требования к разработке автоматизированной системы управления процессом лазерного поверхностного упрочнения углеродистых сталей, которая бы сочетала бы в себе не только систему прямого управления технологическим процессом, с точки зрения классической теории управления, но систему подготовки производства.

ABSTRACT

The article substantiates the requirements for the development of an automated control system for the process of laser surface hardening of carbon steels, which would combine not only a direct process control system, from the point of view of classical control theory, but a production preparation system.

Ключевые слова: лазерная термическая обработка; автоматизированная система управления, измерение температуры.

Keywords: laser heat treatment; automated control system, temperature measurement.

Лазерная термическая обработка — это действительно эффективный метод повышения твердости и прочности материалов. С помощью лазерной термической обработки можно значительно улучшить механические свойства материала, в том числе повысить его устойчивость к износу и усталости. Этот метод обработки материалов позволяет значительно улучшить их механические свойства, что делает его привлекательным для многих промышленных применений, включая автомобилестроение, медицинское приборостроение, аэрокосмическую и энергетическую промышленность, однако до настоящего времени этот процесс остается не изученным.

Сегодня усилия специалистов в области лазерной термической обработки направлены в основном на создание эффективных автоматизированных узлов, обеспечивающих необходимую точность теплового воздействия по времени и локальной дозе. Однако в современных условиях потенциал лазерного технологического оборудования используется далеко не полностью. [1]. Одним из направлений разработки автоматизированной системы управления лазерным процессом является обеспечение системного подхода к проектированию экспериментальных и теоретических работ с целью полного описания взаимосвязи между условиями эксплуатации изделия и механическими свойствами, определяемыми техническими параметрами комплекса. В этом случае необходимо создание на основе математических моделей многокомпонентных баз данных о взаимосвязях между показателями качества, свойствами материалов, параметрами лазерного процесса, технологическими методами и техническими параметрами. По сути, такая система является автоматизированной системой подготовки производства, а не системой прямого управления технологическим процессом в смысле классической теории.

Большое количество исследований посвящено разработке алгоритмов управления автоматизированными системами лазерного нагрева, в том числе роботами, основанных, например, на управлении с обратной связью и контроле результирующих технологических параметров. В большинстве известных работ использовались модели устойчивого состояния и одноконтурные системы управления, основанные на температуре нагрева поверхности упрочняемого объекта. В качестве измерительных датчиков в этих системах используются пирометры. Бесконтактное измерение температуры поверхности заготовки в зоне обработки позволяет системе управления корректировать процесс лазерного упрочнения в реальном времени, в основном, путем изменения скорости. Эти системы не способны измерить скорость нагрева и охлаждения в зоне быстрого воздействия на поверхность заготовки и, следовательно, глубину закаленного слоя, что является ключевым показателем результата лазерного упрочнения. Для тепловой лазерной обработки цилиндрических объектов рекомендуется использовать оптико-электронную систему управления с обратной связью. Эта система способна определять скорости нагрева и охлаждения зоны воздействия луча на поверхность заданной литой детали только при заданной постоянной скорости точки нагрева. Важным путем повышения стабильности процесса нанесения термолазерного покрытия и его применения для изделий с разнообразной и достаточно сложной геометрией является создание качественного технологического управления процессом в автоматизированных системах на базе роботизированных приложений, а также широкое использование современных моделей и подходов для структурного и параметрического синтеза систем управления интеллектуальными объектами, работающими в переменных и неопределенных условиях с учетом свойств инструмента - лазера.

Одной из возможных структур эффективных систем управления технологическими процессами для роботизированных лазерных комплексов является двухконтурная система, структура которой представлена на рис. 1.[2] Система имеет два контура управления: контур для стабилизации температуры поверхности заготовки и контур для регулировки параметров упрочненного слоя. Первый контур предназначен для поддержания температуры нагрева поверхностного слоя в недетерминированных условиях (не запрограммированных изменений плотности материала заготовки, геометрии, условий охлаждения или других параметров

Рисунок 1. Структурная схема двухконтурной системы управления

Системы управления лазерным упрочнением поверхности являются важным инструментом для повышения прочности и долговечности широкого спектра материалов. Они позволяют контролировать параметры лазерного облучения для достижения желаемых свойств поверхности, таких как твердость, износостойкость, коррозионная стойкость и другие параметры. Кроме того, следует указать, что от работы системы управления зависит качество обрабатываемых деталей из углеродистых сталей, время и безопасность обработки.

Список литературы:

1. Термообработка в машиностроении: Справочник / Под ред. Ю.М. Лахтина, А.Г. Рахштадта. М.: Машиностроение, 1980. - 783 с. 24.
2. Умнов В.П., Старостин Д.А. Система управления роботизированным технологическим процессом лазерного термоупрочнения // фундаментальные исследования. – 2014. – № 11-8. –с.1703-170.