Анотація до роботи:

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.

Публікації автора:

1. Костюк Г.И., Воляк Е.А., Широкий Ю.В. Исследование влияния технологических параметров лазерной обработки на поля температур и напряжений, а также на эффективность удаления материала// Вісті АІНУ. – 2005. - № 3(26). - С.7 – 17.

2. Костюк Г.И., Широкий Ю.В., Степаненко Л.П. Научные и практические основы создания компьютерной лазерной установки для прошивки отверстий и прорези пазов в цилиндрических деталях// Вісті АІНУ. – 2004. - №4(24). - С. 58 – 62.

3. Костюк Г.И., Воляк Е.А., Широкий Ю.В., Дубнюк С.М. Методология и результаты исследования температурных полей плоских деталей, наргевающихся сканирующим электронным или лазерным лучом в вакууме//Авіаційно-космічна техніка і технологія.Х. – 2003. - №38/3. - С.57 – 71.

4. Костюк Г.И., Воляк Е.А., Белов Н.Л., Решетников В.И., Широкий Ю.В. Теоретические методы прогнозирования качественных характеристик деталей и РИ от технологических параметров, физико-механических характеристик деталей и РИ до упрочнения, геометрических параметров размещения РИ в установке, условий эксплуатации и режимов резанья выбора вида упрочнения или покрытия// Авіаційна-космічна техніка і технологія.Х. – 2003. - №39/4. – С. 6 – 21.

5. Костюк Г.И., Син Юаньдун, Широкий Ю.В. Исследование микротвердости быстрорежущей стали после нанесения покрытия, комбинированного упрочнения в зависимости от технологических и геометрических параметров обработки// Авіаційно-космічна техніка і технологія. Х. – 2002. - №33. - С. 62 – 70.

6. Костюк Г.И., Воляк Е.А., Широкий Ю.В. Модель теплофизических и термомеханических процессов при действии лазерного излучения на конструкционные материалы деталей АТ// Авіаційно-космічна техніка і технологія. Х. – 2002. - №31. – С. 280 – 291.

7. Костюк Г.И., Воляк Е.А., Широкий Ю.В. Особенности развития полей температур и напряжений в материале при лазерной обработке с учетом конечной скорости распространения тепла// Вісті АІНУ – 2005. - №3(26). - С. 137 – 143.

8. Костюк Г.И., Антонова О.О., Воляк Е.А., Широкий Ю.В. Исследование характеристик прочности материалов после нанесения покрытия и комбинированного упрочнения// Авіаційно-космічна техніка і технологія. Х. – 2002. - №32. - С. 316 – 321.

9. Костюк Г.И., Антонова О.О., Воляк Е.А., Широкий Ю.В. Изгибные характеристики прочности материалов после нанесения покрытия и различных видов комбинированного упрочнения// Матеріали ХІ Міжнар. конф. «Нові технології в машинобудуванні» - Харків-Рибаче. – 2002. – С. 19.

10. Костюк Г.И., Син Юаньдун, Широкий Ю.В. Влияние технологическх параметров и геометрических параметров в установке на микротвердость при комбинированной обработке деталей АТ// Матеріали ХІ Міжнар. конф. «Нові технології в машинобудуванні» - Харків-Рибаче. – 2002. – С. 21.

11. Костюк Г.И., Воляк Е.А., Широкий Ю.В., Дубнюк С.М. Методология и результаты исследования температурных полей плоских деталей, нагривающим сканирующим электронным или лазерным лучом в вакууме// Матеріали ХІІ Міжнар. конф. «Нові технології в машинобудуванні» - Харків-Рибаче. – 2003. – С. 11.

12. Костюк Г.И., Воляк Е.А., Белов М.Л., Решетников В.И., Широкий Ю.В. Теоретические методы прогнозирования качественных характеристик деталей и РИ от технологических параметров, физико-механических характеристик деталей и РИ до упрочнения, геометрических параметров розмещения РИ в установке, условий эксплуатации и режимов резанья выбора вида упрочнения или покрытия // Матеріали ХІІ Міжнар. конф. «Нові технології в машинобудуванні» - Харків-Рибаче. – 2003. – С. 11.

13. Широкий Ю.В. Лазерная технологическая установка для прошивки отверстий и прорези пазов в цилиндрических деталях топливной аппарутуры// Матеріали Міжнар. наук. техн. конф. «Інте-гровані компьютерні технології в машинобудуванні». Х. – 2004. - С. 108.

14. Костюк Г.И., Широкий Ю.В. Создание компьютерной лазерной установки для прошивки отверстий и прорези пазов в цилиндрических деталях топливной аппаратуры// Матеріали ХIV Міжнар. конф. «Нові технології в машинобудуванні» - Харків-Рибаче. – 2004. – С. 11.

15. Костюк Г.И., Воляк Е.А., Широкий Ю.В., Скорописов В.П. Влияние технологических параметров лазерной обработки на динамику полей температур и напряжений, эффективность удаления материала// Матеріали ХV Міжнар. конф. «Нові технології в машинобудуванні» - Харків-Рибаче. – 2005. – С. 9.

16. Костюк Г.И., Воляк Е.А., Широкий Ю.В., Скорописов В.П. Задача теплопроводности и термоупругости для расчета полей температур и напряжений при лазерной обработке с учетом конечной скорости распространения тепла// Матеріали ХV Міжнар. конф. «Нові технології в машинобудуванні» - Харків-Рибаче. – 2005. – С. 20.

17. Костюк Г.И., Широкий Ю.В., Дубнюк С.Н. Теплофизические и термомеханические процессы при действии ионизирующего излучения на материалы и эффективность лазерной обработки// Матеріали ХVІ Міжнар. конф. «Нові технології в машинобудуванні» - Харків-Рибаче. – 2006. – С. 33.