Введение к работе
:- Актуальность проблемы. С развитием производства, созданием новых и модернизацией существующих способов ЛИТЬЯ, ОСВОЄНІЇ-' ем новых изделий, материалов, применением в процессе проектирования средств вычислительной техники вопросы методологии проектирования приобретают особое значение, так как позволяют, с одной стороны, снизить затраты на проект, и с другой, - повысить качество проектируемых объектов за счет более глубокой оптимизации, просмотра большего количества вариантов, более эффективного привлечения экспертов и т.п.'
Потребность в проектировании в литейном производстве возникает не только при.создании новых, ранее не существовавших объектов, но и при реконструкции, адаптации, ремонте. Круг проектируемых объектов чрезвычайно широк - все применяемые в литейном производстве материалы, технологии, оборудование, литейные цехи, заводы. При этом возникает множество задач, как решаемых проектированием - производительность, качество, доступность материалов, надежность, вопросы экономики, экологии, охраны труда и т.п., так и задач, создаваемых проектированием -методология, средства, новизна, унификация, оптимальность,взаимодействие исполнителей и т.д.
Применение новой методологии является актуальным для проектирования объектов специальных способов литья - постоянно развивающейся и наиболее наукоёмкой отрасли литейного производства. Исследования в области проектирования и разработки технологии специальных способов литья, выполняемые в рамках настоящей диссертации, соответствуют пунктам 01.02 - Разработка новых методов моделирования процессов литья и систем оптимального управления формированием отливок и слитков на базе ЭШ, разработка алгоритмов технологических процессов; 01.09 -Развитие специальных способов литья с использованием внешних воздействий} 02.01 - Исследование физико-химического взаимодействия в системе металл-форма и разработка технологических процессов получения качественных отливок с высокой чистотой щтрхности и размерной точностью; 05.01.01 - Разработка струк-тур1;алгоритмов и математических моделей технологических процессов литейного производства;. 05.01.03 - Разработка методов
автоматического проектирования технологических процессов, оснастки и литейного оборудования с использованием технических средств САПР Координационного плана НИР на 1986-1990 годы Научного Совета по проблеме "Ноше процессы, получения и обработки металлических материалов" Академии Наук по проблеме 2.25.1.5 - Разработка теоретических основ управления процессами формирования отливок с применением внешних воздействий.
Дельи работы является создание принципов и методов схемотехнического проектирования объектов литейного производства и разработка на их основе новых технических решений в области технологии и оборудования литейного производства, обеспечиваю-щих повышение качества и снижение себестоимости отливок, а ' также сокращение сроков освоения специальных способов литья.
Автор защищает.
-
Принципы схемотехнического проектирования объектов литейного производства, включающие стратификацию проектируемого объекта, построение и анализ его физической, схемотехнической и математической моделей на микро, макро и метауровнях абстракции, их параметрическую идентификацию и анализ.
-
Разработанные в процессе проектирования физические, схемотехнические и математические модели объектов литейного производства.
-
Методы и результаты адаптации существующих математических и програшних обеспечений автоматизированного схемотехнического проектирования к объектам литейного производства.
-
Разработанные методические, ыатематичеокие и программные обеспечения схемотехнического проектирования объектов литейного производства.
-
Полученные в результате схемотехнического проектирования:
эффективные технологические методы улучшения качества отливок при литье в оболочковые и кэрамазированные формы, а также при азготовлевии тонкополостных отливок;
конструкции оснастки, оборудования и систем управления при оболочковом и непрерывном литье и литье под низким давлением.
6. Базирующиеся на схемотехническом подходе методы про
ектирования литейных цехов.
4 ".'-..'
7.Оригинальные методики экспериментальных исследований.
Научные положения.
I. В основе объектов литейного производства лежит системное единство, состоящее в детерминированном сочетании сосредоточенных или условнососредоточенных преобразований и передач разнородных компонентов и обеспечивающее элективное применение схемотехнических моделей для проектирования литейных форм, оснастки, технологических процессов, оборудования и цехов.
2.Многообразие преобразований компонентов принципиальных схем объектов литейного производства моделируется однотипными элементами, математические модели которых позволяют учесть параметры и эффекты физико-химических процессов на микроуровне, а также эксплуатационные свойства и конкретные ситуации на макро и метауровнях.
Научная новизна работа. Выполнены разносторонние теоретические и экспериментальные исследования различных аспектов схемотехнического проектирования объектов литейного производства. Применён комплексный подход, заключающийся в последовательном анализе проектируемых объектов на микроуровне физико-химических взаимодействий, макроуровне компонентных преобразований и метауровне организационных связей. Получены следующие основные, научные результаты. ,
В области теории схемотехнического проектирования объектов литейного производства:
предложена системная стратификация объектов литейного производства;
разработаны принципы создания элементной базы принципиальных схем;
-предложены методы математического моделирования и параметрической идентификации принципиальных схем;
-. адаптированы к решению проектных задач литейного производства ШШ "MICE0 - CAP ІГ, "МАРС", "РАПИРА-4", "ГРИФ";'
- обоснована область применения аналоговых вычислитель
ных систем и методов' эвристического проектирования для реше-:
ния схемотехнических задач.
В области технологических методов повышения качества отливок:
- в результате схемотехнического анализа комплексного
взаимодействия физико-химических процессов в системе "отливка-форма" изучен механизм образования дефектов на поверхности отливок из черних сплавов, полученных в оболочковых формах;
прямым экспериментом с использованием кинограмм выяснен механизм уплотнения сыпучих смесей при наличии рёбер вблизи литейной модели;
разработаны формы с внутренними противогазовыми барьерами с постоянной и переменной проницаемостью, устраняющие действие газов на поверхность отливок;
на основе теории уплотнения песчано-смоляных смесей под воздействием давления и нагрева уточнены параметры процесса получения двухслойных оболочковых форм с заданными свойствами из единой смеси;
установлены характеристики процесса остекловывания литейной формы путём сканирования поверхности осесимметричной турбулентной струёй плазмы;
предложен механизм металлизации органических литейных стержней в псевдоошненном слое перегретых металлических порошков.
В области конструкторских методов оптимизации специальных способов литья:
- с использованием системной модели, учитывающей наложе
ние тепловых, кинетических, диффузионных, гидродинамических.
и механических явлений обоснованы подходы к проектированию кристаллизаторов, обеспечивающих стабилизации структуры и свойств непрерывных литых заготовок;
применён совмещенный схемотехннческо-эвристический метод для проектирования элементов конструкции для установки непрерывного литья;
с использованием структурного проектирования выполнены анализ и реконструкция установки для литья под низким давлением и системы управления процессом литья;
разработана система автоматизированного проектирования литейных цехов, реализующая связь между принципиальной, схемой, технологического процесса литя и решением задач выбора, размещения оборудования и проектированием транспортных коммуника-" ций.
Практическая ценность и реализация рез7Лътатов работы
Разработанные технологические и конструктивные технические решения по изготовлению стальных отливок в оболочковых формах с противогазовыми барьерами внедрены на харьковском заводе "Электротяжид". Экономический эффект составил около 200 тис.рублей.
Технологический процесс изготовления чугунных отливок с тонким рельефом поверхности принят в качестве базового при проектировании нового цеха оболочкового литья на одесском заводе "Продмаш". Ожидаемый годовой экономический эффект -100 тыс.рублей.
Внедрение разработанного специального метода литья тонко-рельефных стзклофорл на Киевском заводе художественного стекла обеспечило экономический эффект около 850 тыс.рублей. Суммарный эффект по предприятиям отрасли составил свыше Г миллиона рублей.
На одесском заводе "Холодааш" внедрён технологический процесс изготовления тонкополостных деталей насосов с экономическим эффектом около 75 тыс.рублей в год.
Материалы диссертации использованы в конструкциях линий непрерывного литья и машины литья под низким давлением.
На основе результатов исследовании в Одесском политехническом институте созданы новые дисциплины: "Численные методы в литейном производстве", "САПР", "Автоматизированное проектирование литейных цехов"; изданы дра конспекта лекций: "Проектирование и расчет литейных машин и автоматических линий", "Автоматизированное проектирование специальных способов литья"; выполняются курсовые и дипломные проекты.
Аяробагшя работы. Материалы диссертации доложены и обсун-дэны на сессии научно-методического Совета по специальности 12.03 - Машины и технология литейного производства 1991 года в г.Красноярске,на заседании научного семинара кафедры литейного производства МГТУ им. Баумана в І99Г году, на международных симпозиумах в Болгарии (София, 1990), Польше (Зелена Гура, 1990), на ХХУП Всесоюзной конференции литейщиков в г.Москве, а также на союзных, республиканских и зональных конференциях в гг.Москве (1988, 1989 дважды). Алма-Ате (1987), Перли (1976), Киеве (ГЭ76, 1978, 1983), Челябинске (1986), Ярославле (1987),
Нинсісе (1988). Чебоксарах'(1988). Санкт-Петербурге (1989, 1991) и Одессе (1986, 1988, 1990. 1991).
Публикации. По материалам исследований опубликовано 60 научных работ, в том числе 5 обзорных монографий, 2 учебных пособия и 10 авторских свидетельств.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, восьми глав, общих выводов,, списка литературы, включающего 297 наименований, приложений и содержит на 300 страницах основного текста П9 рисунков и 22 таблицы.