Введение к работе
Актуальность темы. Современное промышленное производство осваивает и широко использует полиметаллические композиции, что обусловлено уникальностью свойств получаемых материалов. Обеспечение стабильности этих свойств, а также высоких экономических показателей требует применения в технологическом процессе автоматизированных систем управления (АСУ).
Одним из прогрессивных методов получения полиметаллических заготовок является процесс совместно протекающих кристаллизации и пластической деформации металлов (СКПД).
Работами отечественных и зарубежных ученых создана научная и
теоретическая база для успешной разработки автоматизированных
технологических процессов, тем не менее, основные проблемы применения
автоматизации для производства методом СКПД полиметаллических
заготовок связаны с малой изученностью процессов и явлений, протекающих
при реализации данной технологии. Качество получаемого при СКПД изделия
определяется микроструктурой соединяемых металлов, ее однородностью.
Микроструктура связана, в основном, с температурным режимом
формообразования: так при повышении разности температур
контактирующих материалов - фронт кристаллизации движется в
направлении свободной поверхности, при снижении - кристаллизация
происходит равномерно со всех сторон, что позволяет получить более
качественные заготовки. Качество получаемого изделия зависит и от других
технологических параметров процесса (давление и скорость инструмента,
осуществляющих формообразование и подачу расплава на ленту). Таким
образом, качество изделия имеет сложную зависимость от технологических
параметров процесса, что вызывает необходимость управления процессом
посредством поддержания этих параметров в требуемых пределах. Поэтому
разработка автоматизированного производственного модуля
формообразования, позволяющего получать высококачественные полиметаллические изделия, системы управления, позволяющей поддерживать оптимальные значения технологических параметров процесса кристаллизации наносимого покрытия является актуальной проблемой.
Цели и задачи работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности работы производственного модуля
РОС ИЛЦИОІПЛМ' БИМШОТЕГЛ г-* С.РетерН,рі
формообразования полиметаллических заготовок в условиях совместно протекающих кристаллизации и пластической деформации путем нахождения значений параметров, обеспечивающих требуемое качество заготовок и производительность модуля, и поддержания этих значений на заданном уровне системой автоматизированного управления.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие научные задачи:
Исследование закономерностей формообразования в условиях совместно протекающих кристаллизации и пластической деформации.
Построение математических моделей зависимости теплофизических и физических свойств материалов полиметаллической заготовки от
і технологических параметров.
Разработка технологических схем и технологической оснастки для создания производственного модуля формообразования (ПМФ) в условиях СКПД и АСУ для него.
Разработка алгоритмов и программного обеспечения, обеспечивающих работу автоматизированной системы управления.
Определение оптимальных технологических параметров процесса, обеспечивающих требуемое качество заготовок и производительность модуля.
Положения, выносимые на защиту и обладающие научной новизной:
Зависимости между параметрами технологического процесса СКПД и
структурой получаемого изделия, из которых следует превалирующее
влияние температурных граничных условий на поверхностях
кристаллизующегося материала, составляющего полиметаллическую
заготовку, определяющих качество получаемого изделия при СКПД.
в Математические модели, устанавливающие взаимосвязь между теплофизическими свойствами кристаллизующегося материала полиметаллической заготовки и технологическими параметрами формообразования заготовок, позволяющие осуществить расчет температурного поля и уточнить значения коэффициента кристаллизации К для сплавов БрОЦС 5-5-5 и БрОФ 10-1, влияющего на определение основных технологических параметров процесса СКПД.
Разработана методика расчета оптимальных значений параметров
технологического процесса и соответствующие алгоритмы поддержки
параметров на этапе получения полиметаллических заготовок методом СКПД. Практическая полезность работы:
Предложен автоматизированный технологический процесс получения полиметаллических заготовок.
Разработана структурная схема АСУ и конструкция автоматизированного производственного модуля для формообразования биметаллической ленты в условиях СКПД.
Разработано программное обеспечение определения значений технологических параметров процесса, обеспечивающих требуемое качество заготовок и производительность модуля.
Разработан и испытан опытный образец автоматизированной системы управления ПМФ СКПД.
Методы исследований. При разработке теоретических аспектов для определения основных технологических параметров процесса совместной кристаллизации и пластической деформации были использованы положения теплофизики, гидродинамики, математического анализа; метод конечно-разностных уравнений для решения задач математического моделирования, методы оптимизации, методы- планирования эксперимента, методы статистического анализа.
Реализация результатов. Разработанная автоматизированная система
управления технологическим процессом формообразования
полиметаллической заготовки в условиях СКПД использована для производства опытной партии биметаллической ленты «сталь 08кп-бронза БрОЦС 5-5-5». Созданные АСУ и программный комплекс используются в учебном процессе в КамПИ на кафедре «Машины и технология обработки металлов давлением».
Апробация работы. Основные положения и результаты, полученные в работе, опубликованы в 11 печатных работах, доложены и обсуждены на международных научных и научно-практических конференциях: «Проблемы выживания и экологические механизмы хозяйствования в регионе Прикамья» (Набережные Челны, КамПИ 2002 г.); «Зимняя школа по механике сплошных сред (тринадцатая). Школа молодых ученых по механике сплошных сред» (Екатеринбург, УРО РАН, 2003 г.); «Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков» (Пенза, 2003 г.); «Двенадцатая международной конференции по вычислительной механике и современным прикладным
программным системам» (Москва, МАИ, 2003 г.); «Актуальные проблемы конструкторско-технологического обеспечения машиностроительного производства» (Волгоград, ВолгГТУ, 2003 г.); «Advanced problems in thermal convection» (Пермь, ПТУ, 2003 г.);
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы; включающего 117 наименований, 2 приложений, содержащих результаты расчетов и листинг программы. Работа изложена на 198 страницах машинописного текста, в том числе приложений на 80 страницах, содержит 33 рисунка и 19 таблиц.
