Широкий Юрій Вячеславович. Процеси фізико-технічної лазерної обробки та лазерно-плазмово-іонного зміцнення

Короткий опис

Широкий Юрій Вячеславович. Процеси фізико-технічної лазерної обробки та лазерно-плазмово-іонного зміцнення. : Дис... канд. наук: 05.03.07 2007

Широкий Ю.В. «Процеси фізико-технічної лазерної обробки та лазерно плазмово-іонного зміцнення». Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.07 процеси фізико-технічної обробки. Національний аерокосмічний університет ім. М.Є.Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Харків, 2007.
Дисертація присвячена розробці наукових основ лазерно-плазмово-іонного зміцнення, а також застосуванню розмірної лазерної обробки при комбінованому зміцненню.
Створені фізико-технологічні основи лазерної розмірної обробки і досліджене лазерно-плазмово-іонне зміцнення, які включають теоретичні аспекти; створена сумісна модель теплопровідності та термопружності в зоні дії лазерного випромінювання (ЛВ), що дозволяє знайти поля температур і температурних напружень, визначити механізм руйнування матеріалу в паровій, рідкій (викид рідкої фази) та твердій фаз (термопружного відколу); підтвердити експериментально їх реалізацію та виявити вплив технологічних параметрів (щільність теплового потоку, швидкість переміщення, час дії) на ефективність нагріву, зміцнення або розмірної обробки.
Розроблені системні основи технологічного супровіду зміцнюючих технологій з використанням ЛВ.
Доведена можливість підвищення вигинних міцностних характеристик, мікротвердості та стійкості РІ за рахунок лазерно-плазмово-іонної обробки, а також використання ЛВ для нагріву деталей (з матеріалів, що підлягають інтенсивному окисненню у вакуумі), або моделюванню дією ЛВ й електронним променем.
Розроблена і налагоджена комп'ютеризована лазерна технологічна установка показує високу продуктивність (прошивання 140 отворів за 6 хвилин) і забезпечує необхідну якість отворів. Ця установка вона впроваджена на ДП ХМЗ ФЕД.

Розроблені наукові основи використання лазерного випромінювання при комбінованому зміцненні та для розмірної лазерної обробки деталей і представлені шляхи їх реалізації.
1. Отримані поля температур і напружень, які дозволили на основі розробленої тривимірної нестаціонарної сумісної задачи теплопровідності і термопружності винайти режими видалення матеріалу в паровій, рідкій і твердій фазах, що дозволяє знайти режими зміцнення з оплавленням і без, режими продуктивної розмірної обробки з термопружним відколом матеріалу.
2. Вперше для випадку дії лазерного випромінювання на конструкційні матеріали вирішена задача теплопровідності і термопружності з врахуванням кінцевої швидкості розповсюдження тепла, що дозволяє знайти додатковий стрибок температур на межі розповсюдження тепла й значні температурні напруження в цій області, які можуть відповідати за термопружний відкол матеріалу.
3. Рішення сумісної задачі теплопровідності і термопружності дозволило суттєво уточнити величини температурних напружень порівняно з їх оцінками за характером розподілу температур, які не дозволяють врахувати витрати енергії на деформування й призводять до суттєво завищених температур при малому часу дії лазерного випромінювання (10-12 10-10с).
4. Отримані поля температур і напружень для випадку дії нерухомого джерела тепла та такого, що переміщується, а також виявлений вплив швидкості переміщення на величину температур і температурних напружень й характер їх розподілу, виявлений вплив часу дії ІВ і щільності теплового потоку на коефіцієнт енергетичного масовидалення й виявлені режими з викидом рідкої та твердої фаз.
5. Розроблені системні основи використання лазерного зміцнення в комбінованій технології й проведена експерементальна перевірка, отримано підвищення мікротвердості у 1,2 1,4 рази та стійкість РІ в 2 2,3 рази за рахунок використання лазерної обробки.
6. На основі експериментального дослідження полів температур при нагріві плоскої деталі скануючим лазерним і електроним променем в вакуумі доведена практична можливість забезпечити потрібні поля температур для подальшого використання при деформуванні заготівок з матеріалів, що інтенсивно окиснюються у вакуумі.
7. Створена промислова лазерна технологічна установа для прошивки отворів і прорізки пазів, проведена перевірка її технологічних можливостей; установка дозволила забезпечити прошивку 140 отворів діаметром 0,3 мм за 6 хвилин; на ДП ХМЗ ФЕД упроваджена лазерна технологічна установка для прошивки отворів і прорізі пазів, а також наукові основи створення комбінованих технологій с використанням лазерного зміцнення, з економічним ефектом 97 тис. грн.