Аттестационная работа (ИАР/ВАР) на тему Автоматизация процесса литья с наложением давления

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ. 5

1 Глава. Состояние теоретических основ и методов
исследования процесса. 7

1.1 Обзор научно технических и патентных материалов. 7

1.2 Автоматизация литейных процессов, основанных на
использовании давления  13

1.2 Влияние
давления на кристаллизацию отливок. 17

1.3 Тенденция развития систем автоматического управления. 22

2 Глава. Разработка процесса литья с наложением давления. 25

2.1 Основы теории упрочнения алюминиевых сплавов. 25

2.2 Контрольно-измерительная система. 30

2.2.1 Режимные параметры принципиальной схемы процесса. 37

2.3 Методы исследования. Жидкая штамповка литья с
кристаллизацией под давлением. 45

3 Глава. Исследование свойств расплава как объекта
управления. 51

3.1 Исследование объекта управления на этапе наложения
давления. 51

3.2 Исследование модуля упругости объекта управления. 55

3.3 Исследование сжимаемости жидкого металла. 58

4 Глава. Автоматизация процесса наложения. Давления при
производстве отливок из высокопрочных алюминиевых сплавов. 61

4.1 Разработка алгоритма управления процессом и
управляющей программы.. 61

4.2 Автоматизированная система управления технологическим
процессом. 64

4.3 Использование системы управления при производстве
отливок из сплава В95  69

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 71

СПИСОК
ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ   73

Введение:

В современном машиностроении, приборостроении, авиационной и
космической технике широкое применение нашли заготовки и изделия из высокопрочных
алюминиевых сплавов, полученные литьем под давлением и жидкой штамповкой.

Производство отливок из алюминиевых сплавов в различных странах
составляет 30-50 % общего выпуска (по массе) продукции литья под давлением.

Номенклатура выпускаемых отечественной промышленностью отливок очень разнообразна.
Этим способом изготовляют литые заготовки самой, различной конфигурации массой
от нескольких граммов до нескольких десятков килограммов.

Некоторые отливки имеют сложные криволинейные поверхности и. каналы, которые
при заданных точности и шероховатости, и экономической целесообразности не
могут быть выполнены никакими другими способами, кроме как литьем под
давлением, например головка блока цилиндров и диск вентилятора компрессора.

Наложение давления на кристаллизующийся расплав позволяет улучшить
условия питания во время усадки отливки, повысить ее качество — механические
свойства и герметичность. После заполнения формы давление действует на расплав;
который из тигля через металлопровод поступает в затвердевающую отливку и
питает ее. Благодаря этому усадочная пористость в таких отливках уменьшается,
плотность и механические свойства возрастают.

Однако на сегодняшний день автоматизация- литейных процессов находится
на недостаточно высоком уровне, что обусловлено следующими особенностями процесса:

— недостаточная
математическая база описаний процесса;

— низкая
информативность процесса;

— малое количество параметров управления;

— активная среда;

— инерционность процесса управления.

В настоящее время автоматизированы в основном отдельные стадии процесса:
например, локальная подпрессовка, заливка, заполнение пресс — формы, выбивка
отливок. Это, несомненно, повышает производительность труда и оказывает
положительное влияние на качество отливок, стабилизирует параметры технологии,
но не решает проблемы качественно, а только снижает возможное отрицательное влияние
человека (т.е. его ошибки) или позволяет снизить возможное отрицательное
влияние отдельной (автоматизируемой) стадии технологического процесса на конечное
изделие.

Существуют системы автоматизированного управления, перекрывающие
(охватывающие) весь процесс изготовления отливок полностью, например,
автоматизированные системы управления технологическим процессом (АСУТП)
непрерывного литья, однако в задачу управления этих систем воздействие на ход
процесса и формирование свойств отливок не входит.

Для управления самим процессом формирования отливки необходимо иметь
информацию о влиянии каждого фактора в отдельности и о влиянии этих факторов во
взаимодействии. Управлять процессом формирования отливки при литье в песчаные
формы практически невозможно, так как в качестве входных управляемых параметров
в процессе выступают лишь параметры самого расплава и нет возможности влиять на
процесс.

Заключение:

Основные выводы заключаются
в следующем:

1. Теоретической
предпосылкой для-улучшения свойств сплавов за счет наложения давления является
пьезо-эффект (давление Лапласа), который в данном случае проявляется в сжатии
кристаллической решетки, в усилении связей как между отдельными атомами, так и
в их ассоциациях. Установлено, что опрессовка металла происходит в два этапа.
Первый этап характеризуется относительно быстрой сжимаемостью до точки перегиба,
после которой наступает этап замедленной сжимаемости. Первый этап может быть
связан со сближением атомов, и захлопыванием межкластерных пространств, второй
— с компенсацией усадки- в процессе кристаллизации.

2. Исследованы
важные для управления процессом свойства расплава: сжимаемость (12,4%),
упругость (Е=12 ГПа), сопротивление продавливанию металла в межкристаллические
пространства (400 МПа), определены температурные режимы литья и режимы наложения
давления.

3. Разработан
алгоритм управления наложением давления, предусматривающий расчет скорости
кристаллизации, расчет объема запрессовываемого металла, сравнение расчетных и
фактических значений сжимаемости, корректировку закона наложения давления. Осуществлена
автоматизация процесса. Определены контролируемые и управляемые параметры в 4-х
фазах процесса. Разработана СУ с переменной
структурой, включающая расчетный и измерительный контур. Согласованное управление
предложено осуществлять с использованием широтно-импульсной модуляции включения
давления в гидросистеме. В фазе 1 контролируемый параметр — температура
контакта, контролируемый и управляемый — давление на жидкий металл. Во 2-й фазе
контролируемый и управляемый параметр — сжимаемость жидкого металла. В 3-й фазе
отслеживается отрезок времени для снижения температуры контакта до необходимого
уровня. В 4-й фазе контролируемый и управляемый параметр — сжимаемость жидкого
металла.

4. В
структуру АСУТП включены два контура: расчетный и измерительный; расхождение
данных компенсируется законом наложения давления в режиме широтно-импульсной
модуляции.

5. Разработанная
система управления реализована при производстве отливок из сплава В95.
Достигнуто повышение предела текучести в 1,2 раза по сравнению с тем же сплавом
в деформированном состоянии по серийной технологии, отмечено на ряде сплавов
повышение твердости и модуля упругости.

Фрагмент текста работы:

1.2 Автоматизация литейных процессов,
основанных на использовании давления В области литья под давлением наиболее актуальными сейчас и на
ближайшее будущее остаются проблемы автоматизации и компьютеризации, разумного
использования ЭВМ, оргтехники и информационных технологий.

Обладая высокими прочностными характеристиками, многие высокопрочные
алюминиевые сплавы склонны к повышенной микропористости, кристаллизационным
трещинам и другим дефектам, что затрудняет проектирование надежной и устойчивой
литейной технологии для отливок из этих сплавов. Для достижения высоких
механических свойств необходимо добиваться измельчения структуры [22] путем
достижения высоких скоростей охлаждения, которые возможно получить только при
применении металлических форм.

Среди всего многообразия задач автоматизации, с которыми приходится сталкиваться
на практике, наиболее характерными и часто встречающимися являются:

— выбор состава технических средств для автоматизации;

— выбор базового общего программного обеспечения;

— разработка методического обеспечения инженерной
деятельности в условиях автоматизации;

— формирование информационной базы проведения работ;

— разработка нового или заимствование имеющегося
математического обеспечения для решения задач;

— разработка проблемно- или предметно-ориентированного
специального программного обеспечения.

Технические средства (ТС) выступают важнейшей составляющей
автоматизации [1]. В настоящее время выделяются следующие основные группы ТС
автоматизации технологических процессов:

— компьютерная техника;

— оргтехника;

— контрольно-измерительная техника;

— лабораторное оборудование.

Комплексная автоматизация- производства предполагает не только автоматизацию
управления оборудованием и технологическими процессами с помощью микропроцессорных
систем, но и применение вычислительной техники и современных информационных
технологий для разработки технологических процессов литья- и проектирования
технологической оснастки на стадии подготовки к выпуску новых изделий.

Необходимость автоматизации технологической подготовки, производства
вызвана тем, что принятие неверных проектных решений- может нанести такой ущерб
производству, что автоматизация управления им станет неэффективной или»
практически ненужной. Это относится особенно к сложным технологическим
процессам, в частности; к процессам литья, оптимизация которых без применения
вычислительной техники требует больших материальных и трудовых затрат. В идеале
система автоматизированного проектирования (САПР) технологических процессов
литья должна выступать составной частью единой автоматизированной, системы
технической подготовки производства предприятия (АСТПП) и быть связанной с
автоматизированной системой управления (АСУ) предприятием.

Применение САПР в литейном производстве способствует сокращению сроков
технологической подготовки, повышению качества литья и снижению металлоемкости
отливок [2].

С точки зрения внедрения достижений современной науки и технологии
литейное производство стоит далеко не на первом месте. Это, несмотря на то что,
на многих предприятиях литейное производство как заготовительное задает ритм
работы всего предприятия. Тем не менее, с каждым годом все большее количество
литейных производств оснащается новой техникой и программными продуктами [3].

Если говорить о программах, используемых в литейном производстве, то
ключевую роль, конечно, играет CAD система, поскольку геометрическая модель деталь/отливка/оснастка
используется на всех стадиях производства. Сейчас существуют около десятка
различных систем, отличающихся по стоимости, набору модулей, поддержке и пр.
Однако для литейного производства обычного машиностроительного предприятия
достаточно системы среднего уровня, таких как SolidWorks,
SolidEdge и т.д. Эти программы обладают
достаточной функциональностью при среднем уровне цен.

Литье под регулируемым давлением осуществляется на установках, так, что
процесс заполнения формы расплавом — самая трудоемкая и неприятная с точки
зрения охраны труда и техники безопасности операция — выполняется
автоматически. Конструкции установок и машин для этих литейных процессов
обеспечивают также автоматизацию операций сборки и раскрытия форм, выталкивания
отливки и ее удаления из формы. Таким образом, процессы литья под регулируемым
давлением позволяют повысить качество отливок и обеспечить автоматизацию их
производства [4].

Сущность задачи автоматизации процессов литья состоит в управлении
технологическими параметрами процесса, определяющими качество. Для решения этой
задачи необходимо располагать надежной и достоверной информацией о
закономерностях влияния параметров технологического процесса на качество
отливок, т. е. должны быть известны зависимости вида: ПК = f(Tn),

где ПК —
показатели качества отливки (масса, точность, герметичность, внешние дефекты,
дефекты объема и т. д.);

Тn — технологические параметры (температура заливки
расплава, температура пресс-формы, скорость прессования, давление прессования и
т. д.).