Розроблення систем автоматизації та дослідження процесу рихтування планарних катодів
Автор: Ладим Віталій Петрович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерний інжиніринг в машинобудуванні
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Дана робота присвячена розробці та вдосконаленню технології правки планарних катодів електронно-променевих приладів, а також створенню засобу автоматизованого контролю та корекції їх неплощинності. Актуальність дослідження зумовлена тим, що сучасні вакуумні електронні прилади та мікрохвильові компоненти пред’являють високі вимоги до однорідності емісійних властивостей катодів. Будь-яка неплощинність формує нерівномірний термоелектронний потік, що призводить до деградації параметрів приладу, зниження стабільності роботи та скорочення ресурсу. Традиційні методи правки, основані на ручному вигині або простому механічному підпресуванні, не забезпечують достатньої повторюваності та можуть пошкоджувати губчасте нікелеве покриття катода. У роботі проведено комплексне дослідження механічних властивостей планарних катодів, сформульовано вимоги до технологічного процесу правки та створено математичну модель, що дозволяє визначити оптимальні параметри вигину. У першому розділі виконано огляд конструктивних особливостей планарних катодів, їх емісійних характеристик, механічних властивостей керна та губчастого покриття. Також наведено попередній аналітичний опис процесу правки на основі класичної теорії згину пружних тіл та визначено обмеження таких підходів у зв’язку з наявністю пористої структури покриття та локальних пластичних зон. Другий розділ присвячено розробці конструкції автоматизованого пристрою для правки катодів. Описано вибір оптимальної кінематичної схеми, тип приводу, сенсорну систему для вимірювання прогину, а також алгоритми керування. Запропоновано пристрій із точним мікропозиціюванням та можливістю зворотного зв’язку за величиною прогину, що дозволяє реалізувати контрольований процес формування залишкової деформації. Розроблено електронну схему керування, програмне забезпечення для збору даних та побудовано функціональну модель. Показано, що впровадження автоматизованого контролю зменшує розкид остаточного прогину у 3-4 рази порівняно з ручною правкою. Третій розділ містить детальне чисельне дослідження напружено-деформованого стану катодів у середовищі COMSOL Multiphysics. Створено тривимірну модель двошарового катода з урахуванням реальних геометричних параметрів, пористості, механічних властивостей та сценаріїв навантаження. Реалізовано еластичний та еластопластичний аналіз методом скінченних елементів, проведено серію параметричних розрахунків для різних варіантів довжини бази (45, 70 і 105 мм), різних товщин покриття та різних величин прикладеної сили або примусового прогину. Отримано поля еквівалентних напружень за Мізесом, деформацій, переміщень та зони виникнення пластичності. Визначено критичні значення прогину, за яких відбувається початок пошкодження губчастого покриття, а також залежність залишкової деформації від величини примусового прогину. Результати моделювання показали, що для забезпечення контрольованої правки необхідно працювати в області малих пластичних деформацій, де забезпечується формування стабільного остаточного прогину без ризику руйнування матеріалу. Наведено експериментальні результати, отримані на основі розробленого пристрою. Порівняно теоретичні та чисельні дані з реальними вимірами. Досліджено поведінку катодів різної жорсткості та різних партій. Встановлено, що залежність «сила–прогин» та «остаточний прогин–примусовий прогин» добре збігаються з результатами моделювання. Проведено аналіз стабільності, повторюваності, точності вимірювань та експлуатаційної надійності обладнання. Показано, що запропонований метод правки дозволяє підвищити якість катодів на 25-40% за критерієм рівномірності емісії та суттєво скоротити ймовірність появи дефектів. У заключній частині роботи сформульовано практичні рекомендації щодо використання отриманих результатів у виробничих умовах. Запропоновано оптимальні параметри процесу правки для різних типорозмірів катодів, наведено типові режими навантаження, величини допустимого прогину та обмеження щодо захисту губчастого покриття від руйнування. Показано, як інтегрувати розроблений пристрій у технологічний цикл та забезпечити контроль якості за допомогою автоматизованого збору даних. Ключові слова: планарний катод, вигин катода, система автоматизації, процес рихтування