Основная цель работы:

Автоматизация технологических процессов ХТО на основе их теоретического анализа, с применением современных технических и программных средств.

Достижение основной цели возможно при условии решения следующих задач:

Теоретического анализа кинетики процессов ХТО.

Разработки соответствующих математических моделей исследуемых процессов как объектов управления.

Обоснования технологий ХТО с учетом возможностей автоматического контроля и управления.

Обоснования и разработки алгоритмов, обеспечивающих управление процессами ХТО.

Программной и технической реализации алгоритмов.

Разработки, отладки и внедрения АСУ ТП, обеспечивающей реализацию предложенных алгоритмов.

Научная новизна:

Проведен целенаправленный теоретический анализ процессов ХТО с целью конкретной постановки задачи.

Разработаны математические модели основных и сопутствующих процессов, относящихся к поставленной задаче.

По результатам моделирования обоснованы принципы управления технологическими процессами ХТО.

Сформированы и отлажены алгоритмы АСУ ТП.

Практическая ценность исследований:

В результате теоретического анализа ХТО как объекта исследований, обоснования критериев и алгоритмов управления спроектирована, испытана и внедрена в производство автоматизированная система управления технологическими процессами ХТО.

Апробация результатов:

По материалам исследований сделаны доклады и получена их положительная оценка на следующих семинарах и конференциях:

Научно-исследовательские конференции МАДИ ГТУ (Москва, 2001 – 2008 гг).

Всероссийская конференция «Актуальные проблемы промышленного материаловедения» (Томск, 2005 г).

Международная конференция «Системный анализ и информационные технологии» САИТ-2007 (Обнинск, 2007 г).

Публикации:

Опубликовано 14 статей по вопросам автоматизации технологических процессов в промышленности, из них 11 — непосредственно по теме диссертации, в том числе 1 — в рецензируемых научных изданиях. Личный вклад соискателя в совместно опубликованных работах по теме составляет около 3,36 п. л.

На защиту выносятся:

Результаты теоретического анализа процессов ХТО.

Математические модели процессов ХТО как объектов контроля и управления в АСУ ТП.

Обоснованные и отлаженные алгоритмы управления процессами ХТО.

Автоматизированная система управления технологическим процессом ХТО на базе специализированного электронного контроллера с прикладным программным обеспечением.

Структура и объем диссертационной работы

Диссертация содержит введение, 4 основных главы, выводы по главам, общие выводы, список использованных источников (97 назв.), приложения. Общий объем работы — 124 стр.

Содержание диссертационной работы

Во введении обосновывается актуальность, научная новизна темы и практическая ценность результатов. Формулируются цели, направления исследований и положения, выносимые на защиту.

В первой главе проводится обзор и анализ материалов, связанных с темой диссертации. Требуемый фазовый состав и структура насыщающего слоя определяются эксплуатационными требованиями к изделиям. Например, для деталей ДВС, работающих при высоких температурах и механических нагрузках, целесообразно азотирование — создание слоя с хорошо развитой нитридной зоной повышенной твердости и жаростойкости. Следует, однако, заметить, что при традиционном азотировании на поверхности изделия формируется плотный и хрупкий слой, непрочный с точки зрения скалывания. Недостатков такого рода удается избежать обоснованной организацией ХТО в автоматизированной установке, с некоторым усложнением технологии, но с несравненно более высоким качеством результатов.

При этом обеспечивается глубина насыщенного слоя не 10 – 20 мкм, как при традиционной ХТО, а порядка 1,5 – 2,5 мм, прочность и твердость поверхности вполне в этом диапазоне удовлетворительная, а далее следует плавный переход по глубине до параметров, характерных для данного металла, что обычно и требуется по условиям эксплуатации. Вариант технологического комплекса ХТО представлен на схеме, рис.1.

Например, усталостная прочность лопаток газотурбинных двигателей после ХТО повышается в 1,5 раза, примерно в 5 раз снижается объем брака.

Конкретные условия эксплуатации требуют создания диффузионных слоев с определенными структурными составляющими, от которых зависит работоспособность изделия. Например, для работы при повышенных температурах, в условиях трения, высоких контактных давлениях, знакопеременном изгибе, требуются слои с развитой зоной внутреннего азотирования, с определенным распределением концентрации азота и упрочняющих фаз.

Процессы ХТО как объекты управления определяются большим количеством взаимосвязанных параметров, измерение и контроль которых не просты и вообще далеко не всегда возможны. Поиск эффективных технологических режимов потребовал обширного объема лабораторных и промышленных исследований для обоснования алгоритмов и параметров обработки в связи с широкой номенклатурой марок сплавов и технологического оборудования.

В настоящее время имеется достаточный объем экспериментальных данных о процессах ХТО, однако сложность и многосвязность процесса в целом затрудняет определение общих закономерностей для однозначного назначения технологических режимов. Для решения задачи автоматизации необходимо получение более точных количественных соотношений между параметрами. Особое значение при этом приобретают методы математического моделирования, которые дают возможность анализировать ход процесса, ускорить разработку технологических режимов, обеспечить и удешевить внедрение новых технологий, что способствует решению проблем автоматизации управления.

В число основных звеньев структуры АСУ ТП процесса ХТО входит математическая модель объекта, связывающая температуру, давление и состав газовой среды с распределением концентрации компонента (азота, углерода и т. п.), получаемой в поверхностном слое изделия в результате обработки.

Включение математической модели ХТО составной частью в структуру АСУ ТП позволяет обеспечить получение слоев с заданной структурой, определяемой эксплуатационными требованиями, сократить время обработки и производственные затраты.