Разработка задачи управления технологическим процессом литья с кристаллизацией под давлением и обоснованием критериев управления. Математические модели стадий протекания процесса охлаждения металла и распределения температур по сечению стенки отливки.
При низкой оригинальности работы "Повышение качества отливок газотехнического назначения путем автоматизированного управления параметрами технологии", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Работа выполнена во Владимирском государственном университете. Научный руководитель доктор технических наук, профессор В.Ф. Коростелев. Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор В.М. Защита состоится 11 сентября 2002 г. в 14 ч. на заседании диссертационного совета Д.212.025.01 Владимирского государственного университета по адресу: 600000, Владимир, ул. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирского государственного университета.В настоящее время значительная номенклатура деталей газотехнического назначения, к которым относятся рукоятки газовых резаков, пневматические редукторы, корпусные детали газораспределительных устройств и др., изготавливаются механической обработкой из кованых дюралюминиевых заготовок или литьем из углеродистой стали. Однако детали газотехнического назначения имеют ряд особенностей: это низкие литейные свойства деформируемых алюминиевых сплавов, относительно большая поверхность охлаждения, значительная протяженность в одном из измерений, жесткие требования по производительности, точности, классу шероховатости поверхности, плотности и герметичности под пневматическим давлением до 40 МПА и выше. Во Владимирском государственном университете в течение ряда лет проводятся научно-исследовательские работы по автоматизации управляемого процесса литья с кристаллизацией под давлением. Основные направления исследований в диссертации связаны с построением математических моделей и алгоритмов кристаллизации под управляемым давлением, разработкой соответствующей оснастки и процесса, разработкой математического и программного обеспечения технологических комплексов для литья с кристаллизацией под давлением. Создать математические модели основных стадий протекания процесса: «Охлаждение металла» и «Распределение температур по сечению стенки отливки, кристаллизующейся под давлением», позволяющие проводить анализ процесса и принимать решения по коррекции накладываемого давления в реальном режиме времени.Уравнение (1) показывает, что степень переохлаждения можно регулировать двумя параметрами - скоростью охлаждения и давлением. Так как по мере продвижения фронта кристаллизации скорость охлаждения уменьшается, для сохранения требуемой степени переохлаждения необходимо по соответствующему закону увеличивать давление. Степень сложности отливки с точки зрения охлаждения в форме до наложения давления определяется большим расстоянием, которое расплав проходит при заполнении формы, а также развитой поверхностью охлаждения. Следовательно, управление процессом на этой стадии нерационально, более предпочтительным является способ, при котором возможное отрицательное влияние этой стадии снижается технологическими методами, а управление процессом начинается с момента начала кристаллизации. Степень переохлаждения Dtkp находится в зависимости от скорости охлаждения vохл, и хотя управлять самой скоростью охлаждения в широких пределах в настоящих технологических условиях практически невозможно, зная скорость охлаждения металла, можно предсказать значение степени переохлаждения.Выполнен обзор и анализ научно-технических материалов, установлено, что давление, накладываемое на кристаллизующийся металл, можно использовать как управляемый параметр для компенсации снижения скорости охлаждения. Отличие метода состоит в том, что при использовании уравнения теплового баланса для построения кривой, аппроксимирующей распределение температуры по сечению стенки отливки, используются данные о тепловом потоке переданном отливкой форме. Разработана математическая модель влияния давления на процесс кристаллизации, на основе которой предложен закон наложения давления на кристаллизующийся металл, заключающийся в компенсации потери темпа охлаждения метала внешним давлением, причем скорость охлаждения и темп наложения давления образуют единую систему, которая рассматривается как комплексный объект "отливка-гидропривод". По результатам работы можно сделать следующие выводы об эффективности применения управления процессом литья с наложением давления, накладываемого на кристаллизующийся металл: O корочка кристаллизующегося металла плотно прилегает к поверхности формы и (или) стержня, воспроизводит рельеф этой поверхности; с повышением давления проявляется эффект «чеканки» поверхностного рельефа.
План
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Вывод
1. Выполнен обзор и анализ научно-технических материалов, установлено, что давление, накладываемое на кристаллизующийся металл, можно использовать как управляемый параметр для компенсации снижения скорости охлаждения.
2. Разработан экспериментально-аналитический метод для моделирования и проведено моделирование охлаждения жидкого металла как объекта управления для расчета предполагаемого объема металла, который мог бы закристаллизоваться в данный момент. Отличие метода состоит в том, что при использовании уравнения теплового баланса для построения кривой, аппроксимирующей распределение температуры по сечению стенки отливки, используются данные о тепловом потоке переданном отливкой форме.
3. Разработана математическая модель влияния давления на процесс кристаллизации, на основе которой предложен закон наложения давления на кристаллизующийся металл, заключающийся в компенсации потери темпа охлаждения метала внешним давлением, причем скорость охлаждения и темп наложения давления образуют единую систему, которая рассматривается как комплексный объект "отливка-гидропривод".
4. На основании проведенных исследований и математического моделирования разработана система управления, особенностью которой является то, что система замыкается двумя обратными связями: основной по скорости охлаждения и дополнительной, корректирующей по положению плунжера. Это обусловлено тем, что объектом управления выступает единая система "отливка-гидропривод". Разработанная система управления может быть отнесена к классу самонастраивающихся.
5. Разработана методика исследований и отработки алгоритмов и управляющих программ для технологических комплексов литья с наложением давления, реализуемая с использованием компьютерной системы сбора и обработки информации о параметрах процесса в реальном режиме времени.
6. По результатам работы можно сделать следующие выводы об эффективности применения управления процессом литья с наложением давления, накладываемого на кристаллизующийся металл: O корочка кристаллизующегося металла плотно прилегает к поверхности формы и (или) стержня, воспроизводит рельеф этой поверхности; с повышением давления проявляется эффект «чеканки» поверхностного рельефа. Реально достижимое качество поверхности соответствует 7-8 классам шероховатости по ГОСТ 2789-73;
O под влиянием давления, накладываемого изнутри отливки, за счет запрессовки дополнительного количества металла происходит компенсация усадки в жидком состоянии и в процессе кристаллизации; за счет растяжения корки объем отливки увеличивается, отливка входит в контакт с формой, и, если изменения размеров формы в процессе теплового и силового взаимодействия с отливкой имеют обратимый характер, размеры отливки могут быть приведены в полное соответствие с размерами формы;
O за счет стабилизации параметров технологии литья и закона наложения давления может быть достигнута размерная точность выше классов 1-3т по ГОСТ 26645-85, предусмотренных не для существующих, а для перспективных процессов литья, что дает основание рекомендовать разработанный процесс к использованию при производстве широкой номенклатуры высокоточных машиностроительных заготовок.
O реально достигнутый объем запрессованного металла на алюминиевых сплавах составил 10-12%, (в отличие от справочных 6-7%.) Повышение герметичности и плотности связано с пропиткой под давлением дендритных ячеек жидким металлом и полным отсутствием литейной усадки.
7. Разработанный и созданный программно-аппаратный комплекс для управляемого процесса литья с наложением давления используется в учебном процессе при проведении лабораторных работ.
8. Созданный управляемый процесс литья с наложением давления на кристаллизующийся металл апробирован в КБ "Арматура", где по разработанной технологии была изготовлена партия отливок "Корпус редуктора".
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ
1. Коростелев В.Ф., Клименко М.Е., Хромов А.В. Переработка отходов деформируемых алюминиевых сплавов с использованием наложения давления в форме// Актуальные проблемы переработки лома и отходов цветных металлов: Тез. докл. науч.-практ. конф.- Владимир, 1997. - С. 24 - 25.
2. Коростелев В.Ф., Клименко М.Е., Хромов А.В. Информационное обеспечение СУ гидроприводом // Мехатроника. - №3. - 2000. - С. 42-52.
3. Клименко М.Е. Управление вакуумированием формы при ЛКД. // Производственные технологии: тез. док. 3-й междунар. науч.-техн. конф. - Владимир. -2000. - С. 146-150.
4. Клименко М.Е. Исследовательский комплекс для отработки режимов вакуумирования и наложения давления на кристаллизующийся металл. // К-base Компьютерные технологии при проведении эксперимента. Сб. трудов. - Н. Новгород. - 2000. - С. 22-23
