автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка системы управления автоматизированными комплексами и линиями горячего прессования изделий из алюминиевых сплавов

пп

На правах рукописи

2 1 ДЕК 1323

Готлиб Максим Борисович

работка системы управления автоматизированными комплексами шниями горячего прессования изделий из алюминиевых сплавов

Специальность 05.13.07 — Автоматизация технологических процессов и производств (промышленность)

Автореферат диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург, 1998

Работа выполнена в Уральской государственной академии путей сообщения

Научный руководитель — доктор технических наук,

профессор Вайсбурд Р.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

ст.н.сотр. Коновалов А.В.

кандидат технических наук, Карасев М.А.

Ведущее предприятие — ПО "Каменск-Уральский металлургический завод"

Защита состоится 21 декабря 1998г в 14— па заседании диссер-тационнго совета К063.14.12 по защите диссертаций, представленных на соискание ученой степени кандидата технических наук, при Уральском государственном техническом университете (аудитория М-323).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГТУ.

Автореферат разослан

Ваш отзыв в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620002, г.Екатеринбург, К-2, ул. Мира, 19, УГТУ, ученому секретарю университета, тел. (3432) 44-85-74.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук,

доцент

Некрасов И.И

Общая характеристика работы

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 [ижение трудо -, знерго и материалоемкости производственных пропсов.

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 ¡делий из алюминиевых сплавов является переход от использова-1я отдельных прессовых установок к автоматизированным прессо->1М комплексам и линиям. При этом наиболее актуальной задачей 1звития прессового производства является создание автоматизиро-шных комплексов и линий с законченными технологическими ци-тами, 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.

Цслыо 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 процессами 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-з1х комплексов и линий изотермического прессования.

Методика исследований. Для решения поставленных задач 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 атематического 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-тспия процессами изотермического прессования изделий из алюми-левых сплавов.

. Разработана математическая теория построения адаптивных си-:чзм управления процессами изотермического прессования изделий i алюминиевых сплавов.

. Разработаны алгоритмы управления процессом изотермического эессования изделий из алюминиевых сплавов.

. Построена имитационная система процесса изотермического прес-)вания 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-щ электроэнергии на одну тонну готовой продукции; повысить вы-щ годной продукции за счет снижения отходов на 2 ... 4% и по-лсить производительность процесса на 50 ... 60 кг годных изделий час за счет повышения скорости прессования; повысить равномер-

пость механических свойств и качество поверхности но всей длине прессуемого изделия.

2. Разработан эскизный проект автоматизированной линии для производства крупногабаритных длинномерных изделий из высоколегированных труднодеформируемых алюминиевых сплавов. Такие изделия находят широкое применение в авиационной промышленности и других отраслях промышленности и народного хозяйства.

3. 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. Основные 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 но актуальным проблемам и перспективам развития железнодорожного транспорта; II Всероссийской студенческой научно-технической конференции но информационным технологиям и электронике (Екатеринбург, 1997г); Семинаре но 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 прямог о прессования трубных и прутковых профилей из алюминиевых сплавов;

• математическая теория построения адаптивных систем управления процессами изотермического прессования:

• алгоритмы управления процессом изотермического прессования;

• имитационная система процесса, изотермического прессования труб-[ых и прутковых профилен из алюминиевых сплавов;

• эскизные проекты автоматизирован! 1011 линии и комплекса изо-ермического прессования и линии по производству крупногабарит-1ых длинномерных изделий из трудподеформируемътх алюминиевых плавов.

Содержание работы

Во введении сформулирована проблема и цель работы, обоснована актуальность выбранной темы исследования, сформулированы основ-[ые задачи, решение которых обеспечит достижение цели работы.

В первой главе выполнен сравнительный аналитический обзор оте-[ественных и зарубежных автоматизированных комплексов и линий орячего прессования изделий из алюминиевых сплавов. Результаты бзора сводятся к следующим основным положениям:

I. Зарубежные автоматизированные комплексы и линии отличаются ысоким технологическим уровнем как в части механического оборудования. так и систем управления. В отличии от отечествешгых, за-|убежные линии имеют, как правило, интегрированных характер и хватывают все этапы технологического процесса от подготовки сы-ья до упаковки готовых изделий. Такой подход позволяет упростить истему управления собственно процесса прессования.

I. Однако зарубежные линии предназначены в первую очередь для роизводства изделий из низколегированных алюминиевых сплавов. 1,ля производства же изделий из высоколегированных алюминиевых плавов в (х:повном используются автоматизировашште комплексы и тдельные прессовые установки.

]. Мощпые прессовые установки и комплексы на их базе отличаются тносительно низким уровнем автоматизации. В тоже время произ-одство крупногабаритных изделий из высоколегированных алюми-иевых сплавов предъявляет более высокие требования к средствам втоматизации и диктует необходимость создания адаптивных систем правления скоростным режимом прессования для обеспечения усло-ий изотермического прессования. За рубежом такие системы (по ли-ературпым данным) еще не разработаны.

4. Задача создания адаптивных систем управления особо актуальна для отечественного производства, когда механические свойства и химический состав прессуемых заготовок, а также основные технологические параметры процесса прессования носят ярко выраженный стохастический характер.

5. Построение адаптивных систем управления базируется на более совершенных математических моделях процесса прессования и требует построения имитационных моделей для сравнительной оценки алгоритмов управления и технологических режимов процессов прессования.

Во второй главе выполнено математическое моделирование и сформулированы принципы управления процессами горячего прессования изделий из алюминиевых сплавов. Определено место математического моделирования в комплексе проблем, связанных с управлением процессом прессования. Описана полная система уравнений связанной краевой задачи термопластичности для низкоскоростных процессов деформирования материалов. Для решения связанной задачи использован единый вариационный подход к решению механической и тепловой частей задачи, суть которого состоит в совместном решении но шагам во времени вариационных уравнений теплопроводности для системы контактирующих тел и соответствующих вариационных уравнений теории пластичности. При этом общая система разрешающих уравнений термопластичности имеет вид:

Lt[vi,T(Q,H,...)} = тгп,

(1)

г0Ф4 [ui, Т( е, я, ...)] = 0(t = т, 2т, Зт,...).

Расчетная схема процесса осесимметричного прессования приведена на рис. 1. Система координат цилиндрическая (r,ip,z). Объем прессуемой заготовки разделен на две части: ill — зона пластического деформирования, 0,2 — "застойная" зона. Зоны fii и О 2 разделены поверхностью Sq. Расчетные объемы иглы контейнера и матрицы обозначены соответственно Оз, ГЦ и Q5. Поверхности S\ и ¿2 образуют рабочую поверхность матрицы, а S3, S.\, 65 и Sq — рабочие поверхности контейнера. Радиусы иглы, контейнера и трубы обозначены соответственно RH, Rk и RT, а скорости перемещения иглы, контейнера и прессштемпеля — vu, v^ и г-'о- Краевые условия тепловой части задачи учитывают, что в зоне fix действуют распределенные тепловые

)ис. 1. Расчетная схема процесса осесимметричного прессования труб

[сточники, а на поверхностях So и S-¡ — источники тепла развивае-1ые силами среза, а на поверхностях Si, S3, S,\ и Sq — силами трения. Сроме того через поверхности Si, S2, S3, S\. S$, 5V> и 69 происходит те-[лообмсн по закону Ньютона, а через поверхности Sg. S\О, S\2, S\3 и >i4 тепловой поток отсутствует. На поверхности So — идеальный те-ловой контакт между телами fíi и fío- Задача одновременного опре-;еления полей скоростей и температурных полей в очаге деформации рабочем инструменте сводится к совместному решению на каждом iare по времени системы вариационных уравнений (1).

Результаты исследования, в основном, относятся к влиянию ско-ости прессования (скоростных режимов прессования) на температур-ые поля в объеме прессуемой заготовки и сводятся к следующему, "емпература поверхности изделия на выходе из очка матрицы повы-1ается с увеличением скорости прессования и вытяжки, а также с остом геометрических размеров слитка. Однако аналогичная зави-имость имеет место и при снижении вытяжки за счет увеличения иаметра прессизделия при постоянном значении диаметра слитка.

Форма калибрующего пояска матрицы незначительно влияет на температуру прессуемого изделия. Однако другие геометрические параметры матрицы, такие как радиус закругления и угол конусности матрицы, существенно влияют на температуру прессизделий: температура возрастает с увеличением угла конусности матрицы и уменьшением радиуса закругления.

Температура металла на выходе из очка матрицы носит статистический характер и определяется в основном статистическими характеристиками механических свойств и температуры нагрева слитков перед прессованием (в расчетах использовались реальные статистические данные., полученные в производственных условиях). Величина случайного изменения температуры от слитка к слитку составляет 10... 25°С и имеет максимальное значение на поверхности прессизде-лия.

На рис. 2 проиллюстрированы некоторые из описанных резуль- ' татов. В подриеуночных подписях приняты следующие обозначения: ио — скорость прессования, ь',1СТ — скорость выхода изделия из очка матрицы, ь„ — скорость движения иглы, &:1 — температура нагрева заготовки, тт — предел текучести металла заготовки.

На рис. 2.2 приведены конкретные реализации значений температуры на выходе из очка матрицы в случае, когда случайные механические свойства гт и температура нагрева слитков 0С подчиняются нормальному закону распределения со следующими параметрами: < тх >= 17МПа, < 0С >= 380°С, у/Щ = 1,7МПа, д/Щ" = 10° С (по фактическим данным одного из металлургических заводов). Достоверность полученных результатов подтверждается экспериментальными данными.

Результаты моделирования использовались для построения систем управления процессом изотермического прессования изделий из алюминиевых сплавов.

Основные принципы управления процессом горячего прессования изделий из алюминиевых сплавов сводятся к следующему:

1. Основная цель управления — достижение изотермических условий прессования, при которых выходящее из очка матрицы изделие имеет постоянную температуру ио всей длине прессуемого изделия.

2. Для случая прессования изделий из высоколегированных алюминиевых сплавов температура изделий на выходе из очка матрицы является основной переменной, определяющей качество прессуемых изделий.

о

о эоо

¡' /

/ /

!/

1.0 2.0 3 0 '-'ист t м/мин

4U0

ТемператураL

80 100 120 Время, г

Рис. 2.1. Влияние скорости истечения (на установившейся стадии процесса) на температуру поверхности трубы из сплава Д1 (1) и Д16 (2) на выходе из очка матрицы

500 480 400 440 420

_ - -

У // ---

'/// v/t

Vi У

4 6 8 10 12 Длина изделия, м труба 147 X 17 х 11

---труба 129 х 17 X 11

1 — vq — 1 мм/с;

2 — г>о = 2 мм/с;

3 — г>о = 3 мм/с

Рис. 2.2. Влияние случайного разброса ts и 03 на изменение температуры поверхности трубы на выходе из очка матрица (сплав Д16, v„ = 2 м/мин)

Температура, °С

6 S 10 12 Длина изделия, м

0з = 400° С. ---Вк = 420 С

1 — В„ = 380° С, 0к = 380° С

2 — в, = 400° С, Ок = 380° С

3 — 0, = 420° С, вь = 380° С

4 — в3 = 440° С, Sfc = 380° С

Рис. 2.3. Изменение температуры поверхностей трубы на выходе из очка матрицы при различных скоростях прессования (сплав Д16)

Рис. 2.4. Изменение температуры поверхностей трубы па выходе из очка матрицы

'ис. 2. Некоторые результаты исследования влияния скоростных ре-симов прессования на температурные поля в объеме прессуемой за-отовки

3. Регулирование температуры изделий на выходе из очка матрицы проще всего изменять путем изменения скорости движения пресс-штемпеля «о в процессе прессования. При этом следует отдать предпочтение управлению скоростью по замкнутому циклу, использующему принципы обратной связи по температуре. В случае прессования изделий из низколегированных алюминиевых сплавов во многих случаях можно ограничиться программным управлением скоростью прессования. В диссертации приводится методика аналитического определения программного скоростного режима изотермического прессования, построенного на базе математической модели процесса изотермического прессования трубных и прутковых профилей.

4. Отсутствие надежных приборов для измерения температуры изделий на выходе из очка матрицы, а также отсутствие простых математических моделей процесса прессования, которые можно было бы встроить в контур управления, диктует необходимость создания адаптивной системы управления скоростным режимом изотермического прессования.

В третьей главе приводятся результаты разработки адаптивной

системы управления процессом изотермического прессования изделий из высоколегированных алюминиевых сплавов. Достоинство данной системы по сравнению с известными — адаптация скоростных режимов изотермического прессования к изменяющимся условиям прессования (температуре заготовки и инструмента, механическим свойствам заготовок из разных партий, геометрическим размерам заготовок и инструмента и т.д.).

Разработка алгоритма управления скоростного режима изотермического прессования с обратной связью по температуре, не требующего априорного задания скоростного режима, базировалась на следующих основополагающих гипотезах:

1. Гипотеза об устойчивости температурных режимов прессования по отношению к возмущениям скорости движения прессштемпеля. Согласно данной гипотезе температурное поле обладает ограниченной "памятью" на скоростной режим прессования. С целью проверки этой гипотезы были проведены эксперименты на математической модели и в промышленных условиях в процессе прессования трубы размером 131 х 15 мм из сплава Д16 (диаметр контейнера 370 мм, температура контейнера 400°С, температура заготовки 420°С). Четыре идентич-

1ых заготовки прессовали с различными начальными скоростями до юложения прессштемпеля 5" = 100 мм, в результате чего температуры в поверхностей труб на выходе из очка матрицы принимали эазличные значения. Далее прессование всех заготовок продолжали : постоянной скоростью. Спустя некоторое время, за которое пресс-птемпель дополнительно перемещался на расстояние 100 мм, рассматриваемые температуры всех труб принимали практически одинако->ые значения. Таким образом "глубина памяти" на скоростной режим фессования (в данном случае) составила примерно 100 мм перемеще-1ия прессштемпеля.

2. Значение температуры прессуемого изделия в некотором фикси-юванном сечении канала матрицы однозначно определяется положе-гаем прессштемпеля и величиной постоянной скорости прессования. Такая температура называется статической. 0СТ(5, и).

3. Значение температуры прессуемого изделия при переменном ско-юстном режиме может быть представлено в виде:

де /х(5) — рассогласование между статическим и текущим (динами-юским) значениями температуры.

4. Математическое и экспериментальной исследование тепловых ре-кимов прессования различных алюминиевых сплавов позволило ап-гроксимировать функцию ©"(й1, и) следующим выражением:

де некоторая функция и параметр Ь зависят от всего комплекса •ехнологических факторов и теплофизических параметров процесса.

На рис. 3 приведена укрупненная блок-схема алгоритма управле-сия. Алгоритм ставится на выполнение в момент загрузки заготовки в юнтейнер. Процесс управления разбит на две стадии: начальную, на юторой температура прессования в процессе деформирования поднимется от начального значения до уровня изотермического интервала, [ стадию поддержания (регулирования) температуры в изотермиче-ком интервале.

Па первой стадии скорость прессования постоянна и соответству-т уставке, задаваемой перед началом процесса прессования. На вто-

0(5) = 0ст(5»+м(5),

(2)

вст(5,и) = у(5) + Ь-1п(«),

(3)

Начальная стадия процесса управления

Имеется прессизделие под пирометром ?

Фильтрация измерений и прогнозирование результатов прессования '

Температура прессования поднялась до уровня изотермического интервала '

Стадия регулирования температуры прессования

Фильтрация измерений температуры

Идет тепловой переходный процесс, вызванный изменением скорости прессования ?

Адаптация

Фильтрация измерений и прогнозирование результатов прессования

Прогноз температуры прессования превышает верхнюю границу интервала изотермического прессования ?

Вычисление и задание новой скорости прессования

Длина изделия достигла запанной величины ?

Рис. 3. Укрупненная блок-схема алгоритма управления изотермическим прессованием

ой стадии скорость изменяется по следующему закону. При отсут-твии переходного процента и при условии приближения температуры ее прогноза) к верхней границе изотермического интерпала скорость рессования уменьшается. На время последующего теплового переодного процесса скорость прессования сохраняется неизменной. По кончании переходного процесса, вызванного изменением скорости в юмепт, осуществляется адаптация параметра Ь. После этого система правления, вповь реализующая алгоритм, вновь готова к изменению корости. Алгоритм прекращает свою работу но достижении прсссиз-елием задапной длины.

Существенно, что в процедуре адаптации вместо неизвестпых зпа-ений температуры прессования и ее прироста используются их оцени, полученные по результатам пирометрических замеров с исполь-ованием математического аппарата фильтра Калмана.

Для настройки алгоритма на прессовапие требуемого изделия пе-бходимо задать начальную скорость прессования, границы изотер-!ич(хжого интервала, длину прессизделия (или величину прессостат-а), а также вытяжку, используемую при прогнозировании темпера-уры. Идентификация параметра "Ь" осуществляется алгоритмом в роцессе прессования первого изделия из партии. Следует отметить, то выбор начальной скорости в данной системе управления не столь твстствен, как при стандартной технологии, так как конт{>олирова-ие температуры прессования позволяет своевременно изменить ско-ость.

Для ре;игизации задцпшой (системой управления) в текущий мо-:ент ско]юсти движешш прессштемпеля в работе диссертации описан лгоритм адаптивного регулятора скорости прессования для гидрап-ических прессов с аккумуляторным приводом и с индивидуальным асляным приводом.

На рис. 4 приведена укрупненная блок-схема имитатора процес-а изотермического прессования. Применительно к решению техноло-лческих задач имитационпая система изотермит1еского прессовапия озволяет получать скоростпые режимы изотермического нресеова-ия простых и сложных профилей из низко и высоколегированных люмнниевых сплавов. Для этого необходимо использовать ручной ехапизм управления в имитационной системе, при котором опера-эр ЭВМ, наблюдая на экране дисплея за изменением температуры рессуемого изделия, выходящего из очка матрицы, в зависимости

1С

Рис. 4. Укрупненная блок-схема имитатора изотермического прессования

т скорости прессования подбирает скоростной режим прессования при прочих заданных технологических параметрах процесса), обеспе-ивающий изотермические условия прессования. Полученные таким бразом скоростные режимы прессования затем можно реализовать процессе прессования с помощью программных регуляторов скоро-ти прессования. Имитационная система позволяет изучать динамику епловых процессов при переменных скоростях прессования, оценить ачество алгоритмов управления. Может использоваться при обуче-ии технического персонала, обслуживающего автоматизированные омплексы и линии.

е, °с

500

450

400 -

350

мм/с

480

465

О 100 200 300 400 500 600 8

— скорость прессования, мм/с; 2 — температура профиля, °С; 3 — нижняя >ашща изотермического интервала прессования; 4 — верхняя граница изотерми-эского интервала прессования.

ис. 5. Результаты имитационного моделирования температур-о-скоростного режима изотермического прессования

\

\

На рис. 5 приведены результаты имитационного моделирования коростного прессования трубы размером 130 х 15 мм из сплава Д16 соответствующей ему температуры прессизделия по ходу движения рессштемпеля 5. Температура нагрева заготовки 380°, длина заго-эвки 650 мм, диаметр контейнера 370 мм, температура контейнера 30 о . Из рис. 5 видно, что автоматизированная система управления габилизирует температуру прессизделия Э в изотермическом интер-оле (около верхней границы), сбрасывая скорость прессования при насном приближении температуры к верхней границе изотермиче-шго прессования. При этом величина изменения скорости такова,

что температура остается и изотермическом интервале вблизи его верхней границы. Диапазон изменения скорости 2 ... 0,9 мм/с. Такой скоростной режим обеспечивает максимальную производительшх:ть процесса прессования.

Широкое исследование адаптивной системы управления скоростью прессования, проведенное на имитационной модели, показало, что, как правило, адаптация системы (при ее плохой начальной настройке) достигается в процессе прессования первых двух изделий.

Описанная имитационная система оформлена в виде пакета программ, легко доступна для пользователей и может быть настроена на широкий сортамент прессуемых изделий из мягких и высокопрочных алюминиевых и других металлов и сплавов.

В четвертой главе рассмотрен комплекс технологических, конструк торских и управленческих аспектов создания автоматизированных комплексов, линий изотермического прессования и линий по производству крупногабаритных длинномерных изделий из высоколегированных алюминиевых сплавов.

Состав линии изотермического прессования был продиктован особенностями технологии изотермического прессования. Линия содержит печь для нагрева заготовок, на выходе которой установлены датчики температуры; многопозиционное скальпирующее устройство для зачистки поверхности заготовки перед прессованием, снабженное датчиками размеров заготовки и датчиками, определяющими состояние поверхности заготовки на входе и выходе; универсальный гидравлический пресс для прямого и обратного методов прессования, оборудованный датчиками температуры, контролирующими температуру заготовки на выходе в контейнер пресса и температуру прессуемого изделия на выходе из очка матрицы, датчиками скорости движения и положения прессштемнеля; электроподогревающее устройство для дополнительного подогрева прессуемого изделия до температуры закалки, снабженное датчиками температуры на его входе и выходе; закалочное устройство, обеспечивающее скорость охлаждения, необходимую для закгшки изделий из высоколегированных алюминиевых сплавов, снабженное на выходе: датчиками для определения габаритных размеров прессуемых изделий; правильное устройство со сканирующим датчиком качества изделий и датчиками, определяющими размеры элементов прессуемых изделий сложной конфигурации.

Управление технологической линией осуществляется системой упра

тения, которая состоит из блока управления правильнорастяжным ггройством. блока управления закалочным устройством, блока упра-тепия электроподогревательным устройством. Кроме того, система правления содержит блок управления прессом, который, в свою оче-едь, состоит из блока адаптации, блока моделирования, блока ана-изатора текущей ситуации, блока управления градиентным нагреем заготовки в контейнере пресса и блока управления исполнитель-ыми органами пресса. Управление скальпирующим устройством и :мпературой нагрева заготовки перед прессованием осуществляется ютветствующими блоками.

В диссертации наряду с автоматизированной линией предложен зтоматизированный комплекс изотермического прессования с сокра-енным технологическим циклом. По результатам совместной с Ур-Л.ПС работы НИИтяжмаш ПО "Уралмаш" разр;1ботал проект авто-атизированного комплекса на базе универсального 1фесса усилием ) МП, предназначенный для производства оплошных щюфилей пе-¡юдического и постоянного по длине сечения с диаметром описан-эй окружности до 350 мм. В состав комплекса входят: устройство ля зачистки поверхности литых заготовок (скальпирующее устрой-во) с комплектом автоматики и механизации; горизонтальный ги-равлический пресс усилием 50 МН; приемный стол пресса с при-вдом и устройством для вытягивания отпрессованного изделия из ундштука пресса; устройство для резки изделий на столе пресса; зрекладчик отпрессованной продукции с приемного стола пресса на тнепортер -холодильник; устройство съема и накопления изделий; 5томатизировапная система управления температурно-скоростными жимами прессования.

Система управления обеспечивает следующие режимы прессова-1я: изотермическое прессование профилей постоянного сечения: про->аммное изменение скорости прессования для профилей периодиче-сого сечения; прессование профилей периодического сечения с по-гоянной скоростью; программное изменение скорости прессования юфилей постоянного сечения. Диапазон изменения и регулирования :орости движения пресс-штемпеля от 0,1 до 10 мм/с, погрешность —

Приемный стол пресса — роликовый с приводными роликами, липа прессуемых профилей: максимальная — 16 м, минимальная — 5 м. Устройство для резки изделий на приемном столе пресса обес-

печивает резку изделий и пучка изделий. Резке подвергается профиль с диаметром описанной окружности до 350 мм и максимальной толщиной 60 мм. Допустимый диаметр описанной окружности пучка профилей — 250 мм, количество профилей в пучке 1... 4 шт. Комплекс обслуживают 3 человека.

В диссертации также описана автоматизированная линия по производству крупногабаритных длинномерных изделий из высоколегированных алюминиевых сплавов. Эта разработка была положена в основу линии, проект которой разработан в НИИтяжмаш ПО "Урал-маш".

Заключение

Системный подход к проблеме прессования изделий из высоколегированных алюминиевых сплавов обусловил необходимость решения целого комплекса научных и технических задач, на которых базируется разработка новых и модернизация существующих технологических процессов.

При таком подходе в диссертационной работе получены следующие результаты:

1. Проведен аналитический обзор зарубежных и отечественных автоматизированных линий и комплексов для прессования изделий из алюминиевых сплавов. Показана необходимость создания адаптивных систем управления скоростными режимами прессования изделий из высоколегированных алюминиевых сплавов.

2. Описана математическая модель процесса прямого прессования прутковых и трубных профилей, позволяющая исследовать скоростные и температурные режимы деформирования осесимметричных изделий из алюминиевых сплавов. Результаты аналитического исследования процесса прессования были положены в основу разработки математической модели управления процессом прессования.

3. Впервые разработаны математическая модель и алгоритм адаптивного управления процессом изотермического прессования изделий из алюминиевых сплавов.

4. Впервые разработана имитационная система изотермического прессования изделий из высоколегированных алюминиевых сплавов.

5. Сформулированы основные требования к технологическому обес-

тсншо процесса изотермического прессования и последующей тер-механической обработке прессуемых изделий и предложен необхо-мый состав оборудования.

Разработаны эскизный проект автоматизированной линии и авто-,газированного комплекса для изотермического прессования изде-й из высоколегированных алюминиевых сплавов.

Разработан эскизный проект автоматизированной линии для про-водства крупногабаритных длинномерных изделий из высоколеги-ванных алюминиевых сплавов.

Обобщен опыт проектирования и эксплуатации автоматизирован-IX комплексов и линий изотермического прессования. Сформулиро-ны принципы и намечены подходы к модернизации существующего ечественного прессового производства.

По результатам работы в НИИтяжмаш-е ПО "Уралмаш" были раз-ботаны проекты автоматизированной линии и автоматизированного мплекса изотермического прессования, а также автоматизирован-й линии для производства крупногабаритных длинномерных изде-1Й из высоколегированных алюминиевых сплавов.

Основное содержание работы изложено в следующих публикаци-

Готлиб Б.М., Добычин И.А., Готлиб М.Б. Автоматизированные знечно-прессовые комплексы (опыт создания и эксплуатации). — сатеринбург: УрГАПС. — 1998. — 638 с.

Готлиб Б.М., Штерензон Л.А., Готлиб М.Б. Имитационная систе-i изотермического прессования изделий из алюминиевых сплавов // звестия вузов. Цветная металлургия. — 1997. — № 4. — с. 51-56.

Готлиб Б.М., Готлиб М.Б., Пащенко М.А. Технология производ-ва деталей подвижного состава из алюминиевых сплавов // ГОТУПС. 1998. — ч.1. — III Межвузовская научно-методическая конферен-1я: Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорож->го транспорта, с. 68-69.

, Байсбурд P.A., Готлиб М.Б. Особенности построения системы ада-'ивного управления процессом горячего изотермического прессова,-1я изделий из алюминиевых сплавов // УГТУ-УПИ. — 1997. — II ;ероссийская студенческая научно-техническая конференция: Ин-эрмациоиные технологии и электроника

. Готлиб Б.М., Готлиб М.Б., Пащенко М.А., Васильева Г.В. Авто-

матизированные комплексы изотермического деформирования и гидроштамповки // УГТУ-УПИ. — 1997. — Семинар научное наследие И.Я.Тарновского: Актуальные проблемы теории и практики обработки металлов давлением, с. 18-58.

6. Готлиб Б.М., Готлиб М.Б., Пащенко М.А. Система бесконтактного измерения размеров крупногабаритных деталей // УрГАПС. — 1998. — вып. 10. — Строительство и эксплуатация железнодорожного пути и сооружений, с. 120-125.

7. Готлиб Б.М., Пащенко М.А., Готлиб М.Б. Технология производства корпусов букс из высокопрочных алюминиевых сплавов // Молодые ученые транспорту. Материалы конференции. Екатеринбург, УрГАПС, 1998. с. 18-20.

8. Готлиб Б.М., Готлиб М.Б. Особенности построения системы адаптивного управления процессом горячего изотермического прессования // Молодые ученые транспорту. Материалы конференции. Екатеринбург, УрГАПС, 1998. с. 17.

Редакционно-издательский отдел УрГАПС 620034, г.Екатеринбург, ул.Колмогорова, 66, УрГАПС тиран«: 100, заказ2.&0, бесплатно.