Введение к работе
Актуальность работы. Литейное производство является основной
заготовительной базой машиностроения, поэтому уровень
машиностроительного комплекса в целом в большой степени зависит от его развития. Литьем получают значительную часть деталей машин, многие изделия, используемые в строительстве, сельском хозяйстве, транспортных агрегатах, в быту и т. д.
При изготовлении отливок применяют различные сплавы на основе железа, меди, алюминия, магния, титана, цинка и других металлов. Некоторые сплавы, например чугун, используют только в литейных цехах, так как вследствие хрупкости их нельзя подвергать обработке давлением.
Проблема производства качественных отливок была и остается самой важной задачей литейного производства. Разработка бездефектной литейной технологии - основная задача технолога, потому что только такая технология гарантирует заявленные конструктором эксплуатационные характеристики изделия.
Значительная часть отливок бракуется по причине возникновения таких дефектов, как трещины, коробление, пористость. Эти дефекты являются следствием ошибок при проектировании технологии или несоблюдения температурного режима затвердевания металла от момента его попадания в форму до окончательного охлаждения отливки в форме. Причиной ошибок проектирования во многом является то, что данная группа дефектов не имеет на сегодняшний день достаточного количества научно обоснованных методик их прогнозирования.
Температурный режим охлаждения отливки может определяться рядом технологических параметров, в частности геометрической формой отливки, расположением литников, и прибылей, температурой заливки, наличием холодильников, свойствами формовочных материалов и красок и т. д. Литье -один из способов изготовления детали, который предоставляет возможность реализации разнообразных технологических режимов формирования материала. Найти правильное сочетание технологических параметров непросто, так как область бездефектной технологии достаточно узка. Традиционный метод освоения литейной технологии - натурный эксперимент обходится очень дорого и не всегда возможен.
Компьютерное моделирование на базе математических моделей давно стало универсальным и эффективным инструментом в руках технолога, но ввиду высокой трудоемкости численных методов, используемых в моделирующих системах, время оптимизации технических решений остается достаточно большим.
Таким образом, актуальной является проблема разработки системы автоматизации проектирования параметров, оказывающих влияние на процесс охлаждения отливки, с менее затратными алгоритмами оптимизации и математическими моделями, но без потерь адекватности. Разработка подобной САПР позволит повысить скорость и эффективность предупреждения дефектов, связанных с температурным режимом охлаждения отливки, свести к
минимуму процедуру параметрического синтеза и высвободить время технолога для решения действительно творческих задач.
Цель работы: Разработка системы автоматизации проектирования технологических параметров литья, оказывающих влияние на процесс охлаждения отливки в форме.
Объект исследования: Процесс проектирования технологии литья.
Предмет исследования: Синтез технологических параметров литья, оказывающих влияние на процесс охлаждения отливки.
Задачи работы:
Обосновать критерий эффективности воздействий на процесс охлаждения отливки.
Разработать методику синтеза технологических параметров литья, оказывающих влияние на процесс охлаждения отливки.
Разработать математическую модель обратной задачи охлаждения отливки, учитывающую теплофизические характеристики металла отливки, материала формы и объекты воздействия на процесс формирования отливки.
Разработать алгоритмы и создать систему автоматизации проектирования технологических параметров литья, оказывающих влияние на процесс охлаждения отливки.
Научная новизна работы:
Разработана методика синтеза параметров, оказывающих влияние на процесс охлаждения отливки.
Сформулировано решение обратной задачи охлаждения отливки на базе метода конечных элементов.
Модернизирован алгоритм метода граничной коррекции объемных областей.
Разработан алгоритм визуализации результатов моделирования.
Разработана физическая модель базы данных теплофизических характеристик материалов.
Практическая ценность работы заключается в разработке системы автоматизации проектирования технологических параметров, оказывающих влияние на процесс охлаждения отливки, «Отливка +».
На защиту выносятся:
Методика синтеза параметров, оказывающих влияние на процесс охлаждения отливки.
Решение обратной задачи охлаждения отливки на базе метода конечных элементов.
Модернизированный алгоритм граничной коррекции объемных областей.
Алгоритм визуализации результатов моделирования.
Физическая модель базы данных теплофизических характеристик материалов.
Реализация работы состоит во внедрении САПР «Отливка+» в процесс технологической подготовки производства отливок на ФГУП ОмПО «Иртыш».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и были одобрены на региональной научной конференции,
посвященной памяти главного конструктора ПО «Полет» А.С. Клинышкова «Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической и авиационной техники» (Омск, ПО «Полет», 2006), на конференциях студентов и аспирантов «Неделя науки» на кафедре МиТЛП (Омск, ОмГТУ, 2007 -2008), на VII Международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, ОмГТУ, 2009).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, из них 1 в издании, входящем в список рекомендованных ВАК. На результаты основных исследований получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка литературы из 108 наименований и трех приложений. Основной текст изложен на 111 страницах, содержит 54 рисунка.
