Введение к работе
Актуальность работы. Успехи машиностроения и других смежных раслей промышленности во многом определяются использованием )вых или коренным образом усовершенствованных технологических юцессов металлообработки, обеспечивающих получение готовых из-,'лий и полуфабрикатов повышенного качества и направленных на іижение трудо-, энерго- и материалоемкости производственных про-:ссов.
Основным из таких способов обработки цветных и легких метал-)в и сплавов является процесс прессования, который нашел широ->е применение при производстве изделий из алюминиевых сплавов, зновным направлением совершенствования прессового производства ідєлиіі из алюминиевых сплавов является переход от использова-ія отдельных прессовых установок к автоматизированным прессо->1М комплексам и линиям. При этом наиболее актуальной задачей ізвития прессового производства является создание автоматизиро-інньїх комплексов и линий с законченными технологическими ци-іами, позволяющих совмещать на одном агрегате в едином техноло-[ческом потоке операции прессования и последующую термомехани-зскую обработку (закалку и правку) изделий в условиях изотерми-зского прессования.
Известные отечественные и зарубежные автоматизированные ком-пексов и линии для производства изделий из малолегированных лег-эдеформируемых алюминиевых сплавов отличаются высоким тех-элогическим уровнем как в части механического оборудования, так систем управления. В тоже время практически отсутствуют све-зния о действующих автоматизированных линиях для производ-:ва изделий из высоколегированных труднодеформируемьгх алюми-иевых сплавов. Для производства таких изделий в лучшем случае ^пользуются автоматизированные комплексы. При этом наиболее нзким уровнем автоматизации отличаются комплексы, построенные а. базе мощных горизонтальных гидравлических прессов усилием )0 ... 120 МН. Производство крупногабаритных изделий из высоко-егированных сплавов на этих комплексах предъявляет более высо-ие требования к скоростным и температурным режимам как про-эсса прессования, так и последующей термомеханической обработке рессуемых изделий (особенно для обеспечения условий изотермиче-
ского прессования). Поэтому разработка подобных автоматизированных линий и комплексов нуждается в надежной научной базе и новых технологиях производства.
Таким образом, разработка научных и технологических основ создания автоматизированных линий и комплексов горячего прессования изделий из высоколегированных труднодеформируемых алюминиевых сплавов, позволяющих совместить в едином технологическом потоке пластическое деформирование изделий на горизонтальном гидравлическом прессе с последующей термомеханической обработкой изделия с одного нагрева перед прессованием является актуальной и направлена на решение реальных задач производства.
Целью диссертационной работы является разработка математического и конструкторско-технологического обеспечения проектирования новых и функционирования действующих автоматизированных линий и комплексов для производства крупногабаритных и длинномерных изделий из высоколегированных труднодеформируемых алюминиевых сплавов.
Задачи исследования. Указанная цель диссертационной работы достигнута решением следующих задач:
выполнен аналитический сравнительный анализ существующих автоматизированных комплексов и линий горячего прессования изделий из алюминиевых сплавов;
методом математического моделирования исследованы особенности процессов прямого прессования трубных и прутковых профилей из алюминиевых сплавов;
сформулированы принципы управления процессами прессования изделий из алюминиевых сплавов;
разработана математическая теория построения адаптивных систем управления пронессами изотермического прессования;
разработан алгоритм управления процессом изотермического прессования;
построена имитационная система изотермического прессования;
разработаны эскизные проекты автоматизированной непрерывной линии изотермического прессования и линии по производству крупногабаритных длинномерных изделий из высоколегированных труднодеформируемых алюминиевых сплавов;
» обобщен опыт проектирования и эксплуатации автоматизирован-зіх комплексов и линий изотермического прессования.
Методика исследований. Для решения поставленных задан примс-ялся аналитический метод разработки математической модели провеса прессования с использованием механики твердых деформиру-лых тел. Принципы управления и адаптивная система управления эоцессом изотермического прессования разработаны с использоваии-л основных положений теории управления и теории обработки ме-итлов давлением. Построение имитационной модели изотермическо-) прессования на современных программных и аппаратных средствах атсматического моделирования. При разработке эскизных проектов зтоматизированных линий применялись методы проектирования тех-элогических систем.
Научная новизна.
. Результаты математического моделирования процесса прямого ирес-)вания трубных и прутковых профилей из алюминиевых сплавов, ис-эльзовапные для определения принципов построения системы упра-тсиия процессами изотермического прессования изделий из алюми-девых сплавов.
. Разработана математическая теория построения адаптивных си-^ем управления процессами изотермического прессования изделий і алюминиевых сплавов.
. Разработаны алгоритмы управления процессом изотермического эессования изделий из алюминиевых сплавов.
. Построена имитационная система процесса изотермического прес-шания изделий из алюминиевых сплавов.
Практическая ценность.
. Разработан эскизный проект автоматизированной непрерывной лили изотермического прессования изделий из высоколегированных эуднодеформируемых алюминиевых сплавов, которая позволяет: осу-ествлять закалку длинномерных изделий без создания дорогостоя-их крупногабаритных закалочных устройств; снизить трудоемкость роцесса на 9 ... 10 чел.час. и сократить на 350 ... 500 кВт.час. рас-)д электроэнергии на одну тонну готовой продукции; повысить вы-)д годной продукции за счет снижения отходов на 2 ... 4% и по-зісить производительность процесса па 50 ... 60 кг годных изделий час за счет повышения скорости прессования; повысить равномер-
пость механических свойств и качество поверхности но всей длине прессуемого изделия.
-
Разработан эскизный проект автоматизированной линии для производства крупногабаритных длинномерных изделий из высоколегированных трудно-деформируемых алюминиевых енлавов. Такие изделия находят широкое применение в авиационной промышленности и других отраслях промышленности и народного хозяйства.
-
Обобщен опыт проектирования и эксплуатации автоматизированных комплексов и линий изотермического прессования и намечены подходы к модернизации существующего отечественного прессового производства.
Реализация результатов работы в промышленности. Скоростные режимы изотермического прессования, полученные с помощью имитационной системы, были опробованы в промышленных условиях на существующих прессах усилием 120 МН. Основшле результаты работы по создания автоматизированных прессовых комплексов были использованы в НИИтяжмаш-е ПО '"Уралмаш" при проектировании и внедрении автоматизированного комплекса на Верхиесалдипеком металлургическом производственном объединении.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: III Межвузовской научно- методической конференции по актуальным проблемам и перспективам развития железнодорожного транспорта; II Всероссийской студенческой научно-технической конференции по информационным технологиям и электронике (Екатеринбург, 1997г); Семинаре по актуальным проблемам теории и практики обработки металлов давлением (Екатеринбург. 1997г).
Публикации. По результатам диссертационных исследований опубликована одна монография (в соавторстве) и 7 статей.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Основная часть диссертации содержит 213 страниц машинописного текста, 51 рисунок и 21 таблицу.
Основные положения выносимые на защиту:
результаты математического моделирования процесса прямого прессования трубных и прутковых профилей из алюминиевых сплавов;
математическая теория построения адаптивных систем управления процессами изотермического прессования:
алгоритмы управления процессом изотермического прессования;
пмитацпопная система процесса изотермического прессования труб-1ых и прутковых профилей из алюминиевых сплавов;
эскизные проекты автоматизированной липии и комплекса изо-ермического прессования и линии по производству крупногабарит-[ых длинномерных изделий из трудподеформируемътх алюминиевых плавов.