Тонконогий Володимир Михайлович. Автоматизація технологічного процесу нанесення іонно-плазмових зносостійких покрить на різальний інструмент

Короткий опис

Тонконогий Володимир Михайлович. Автоматизація технологічного процесу нанесення іонно-плазмових зносостійких покрить на різальний інструмент: дис... канд. техн. наук: 05.13.07 / Одеський національний політехнічний ун-т. - О., 2004.

Тонконогий В.М. Автоматизація технологічного процесу нанесення іонно-плазмових зносостійких покрить на різальний інструмент. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.07 Автоматизація технологічних процесів. Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2004.
Дисертація присвячена створенню науково-технічних основ автоматизації технології нанесення іонно-плазмових покрить для підвищення якості різального інструмента і ефективності його виробництва. Виконано класифікацію методів нанесення зносостійких покрить, виділено технологію КІБ та вивчені проблеми автоматизації процесу нанесення іонно-плазмових покрить в цій технології. Здійснено формалізацію задач управління технологією КІБ. Обрані та обґрунтовані критерії оцінювання параметрів технології КІБ і методи контролю якості різального інструмента з покриттям у виробництві та експлуатації. Побудовані математичні моделі окремих етапів технології КІБ та здійснено експериментальну ідентифікацію їх параметрів. Виконано структурний синтез системи автоматизації технології нанесення іонно-плазмових покрить. Експериментально підтверджена ефективність структурного та параметричного синтезу автоматизованої системи управління і виконана оцінка їх ефективності.

Дисертаційна робота містить раніше не захищені наукові положення й отримані автором нові науково обґрунтовані результати в області автоматизації управління технологією нанесення іонно-плазмових зносостійких покрить, які у сукупності розв’язують важливу науково-прикладну проблему інструментальної підготовки виробництва. У роботі вирішена проблема формалізації задач управління технологією, розроблені та ідентифіковані моделі об’єкта управління, здійснене практичне використання результатів досліджень.
1. Виконано аналіз і класифікацію об’єктів управління технологій нанесення зносостійких покрить на різальний інструмент. Показані переваги методу конденсації речовини у вакуумі з плазмової фази в умовах іонного бомбардування (КІБ): універсальність методу, що дозволяє наносити покриття на практично будь-які інструментальні матеріали, високі експлуатаційні якості покрить, що наносяться, можливість нанесення покрить безпосередньо на підприємстві-споживачі інструмента. Вивчено схеми і моделі об’єкта управління, визначені умови одержання інструмента з високими експлуатаційними властивостями: забезпечення заданих значень товщини покриття , його мікротвердостіHм, дефектностіDі міцності зчеплення з підкладкоюзч.
2. Встановлено, що виконання циклу декомпозиції-композиції моделі технології КІБ призводить до підвищення рівня знань про об’єкт моделювання без істотного підвищення складності моделі, оскільки технологія КІБ містить об’єднані за місцем та характеристиками окремі технологічні процеси. В результаті застосування запропонованого методу зниження розмірності моделі технології КІБ отримана технологічна модель процесу, яка визначає множину параметрів процесу, що враховуються при роботі системи управління.
3. Показано, що найбільш доцільною схемою організації управління є автоматичне управління проміжними, «внутрішніми» змінними процесу температурою поверхні інструментаТі тиском у вакуумній камеріР, підтримка яких в межах заданої програми забезпечує одержання інструмента з покриттям, що має такі значення характеристик ,Hм,D,зчякі, в свою чергу, гарантують раціональну стійкість інструмента в експлуатації. Здійснено формалізацію задачі управління технологією КІБ.
4. Розроблено критерії оцінювання ефективності автоматизації технології КІБ. Запропоновано метод ухвалення рішення про доцільність нанесення іонно-плазмового зносостійкого покриття, що ґрунтується на математичному апараті теорії нечітких множин і експертних оцінок. Запропоновано методи вимірювання і контролю вхідних, проміжних і вихідних характеристик технології КІБ, які включають методи контролю якості різального інструмента з покриттям у виробництві та експлуатації.
5. З метою побудови замкнутої автоматичної системи управління на основі аналізу фізико-хімічних явищ, що відбуваються у вакуумній камері в процесі реалізації технології КІБ, побудовані математичні моделі об’єкта управління на етапах іонного очищення, нанесення покриття та охолодження інструмента. Отримано рішення диференціальних рівнянь, що моделюють об’єкт управління, а також передавальні функції об’єкта по управлінню та збуренню в частотній області.
6. За допомогою створеної для досліджень процесу нанесення іонно-плазмових покрить методом КІБ лабораторної установки виконана ідентифікація параметрів математичних моделей об'єкта управління на різних стадіях його життєвого циклу. На прикладі моделювання процесу нанесення іонно-плазмового покриття на швидкорізальну сталь за допомогою пакетаMathcadпідтверджена стійкість процесів теплообміну в різальному інструменті і масообміну у вакуумній камері до зміни уставок і збурень.
7. Виконано структурний синтез і розроблені структурні елементи автоматизованої системи управління технологією нанесення іонно-плазмових покрить на різальний інструмент.
8. Розрахунками на моделях виконано дослідження реакції контрольованих характеристик технологічного процесу нанесення іонно-плазмових покрить на різальний інструмент на зміну зовнішніх впливів та уставок. На лабораторній установці експериментально підтверджена ефективність системи управління при реалізації заданої програми автоматизованого управління, а також при зовнішніх контрольованих і випадкових впливах на процес, що управляється.
9. Виконано дослідження особливостей автоматизації технології нанесення іонно-плазмових декоративних покрить, у тому числі, на металеві зубні протези. Впровадження автоматизованої технології дозволило підвищити стабільність гами кольорів декоративних покрить.
10. Проведено виробничі випробування широкої номенклатури інструмента з іонно-плазмовим покриттям (твердосплавні пластини, довбяки, різці, фрези, розгортки й ін.), отриманого за умов автоматизованого управління технологією КІБ. В результаті випробувань встановлене підвищення стійкості інструментів з покриттям, отриманим за допомогою автоматизованої технології, у 2 5 разів. Роботи з впровадження автоматизованої технології КІБ виконані більш, ніж на 70 підприємствах: Луганському заводі колінчастих валів, Хмельницькому заводі тракторних агрегатів, Орловському заводі шестірень та багатьох інших. В результаті отриманий економічний ефект в сумі, еквівалентній більш, ніж 30 млн. гривень.