Моделювання ущільнення ливарних форм і прогнозування дефектів виливків

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

"КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ"

САМАРАЙ ВАЛЕРІЙ ПЕТРОВИЧ

УДК 621.744.362 : 681.3

МОДЕЛЮВАННЯ УЩІЛЬНЕННЯ ЛИВАРНИХ ФОРМ І ПРОГНОЗУВАННЯ

ДЕФЕКТІВ ВИЛИВКІВ.

05.16.04 - Ливарне виробництво

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Київ - 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі ливарного виробництва чорних і кольорових металів Національного технічного університету України "КПІ" Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук професор

Дорошенко Степан Пантелійович,

Національний технічний університет України "КПІ",

професор кафедри ливарного виробництва чорних і кольорових металів, заслужений професор НТУУ “КПІ”

Офіційні опоненти: доктор технічних наук професор

Становський Олександр Леонідович,

Одеський національний політехнічний університет,

завідувач кафедри нафтогазового і хімічного машинобудування

кандидат технічних наук

Андерсон Валерій Августович,

ВАТ "КАМЕТ-ТАС",

завідувач відділу ливарного виробництва

Провідна установа: Фізико-технологічний інститут металів і сплавів НАН України (м. Київ), відділ автоматизації

Захист відбудеться 23 січня 2007 р. о 1430 на засіданні спеціалізованої ради К.26.002.12 в Національному технічному університеті України "КПІ" за адресою: 03056, м. Київ, пр. Перемоги, 37, корпус 9, ауд. 203

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут" за адресою: 03056, м.Київ, пр. Перемоги, 37

Автореферат розісланий "22" грудня 2006 р.

Вчений секретар

Спеціалізованої вченої ради К.26.002.12

кандидат технічних наук доцент Л.М.Сиропоршнєв

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. В умовах ринкової економіки найважливішим напрямком підвищення конкурентоспроможності продукції є розроблення і застосування інтегрованих систем керування якістю (CJQ) на основі методології роботи без дефектів (ZERO DEFECT), принципи якої закладені в міжнародний стандарт ISO 9000 - 9004.

У сучасному ливарному виробництві технологічно недостатня якість ливарних форм призводить до виникнення численних дефектів виливків, а частка бракованих виливків з вини форми в загальній кількості браку може досягати 80%. Безумовно, знижувати вірогідність появи дефектів виливків слід уже на стадії технологічної підготовки виробництва, коли призначають усі параметри матеріалів, що використовують, та режими технологічних операцій. Саме такий підхід до реалізації методології ZERO DEFECT разом з постійним операційним активним контролем виробництва найбільш ефективний. Ця технічна задача потребує багатоваріантного аналізу процесу формоутворення, для чого необхідно вирішення наукової проблеми, яка складається із створення математичної або імітаційної моделі процесу, дослідження динаміки ущільнення формувальної суміші (ФС) в робочих порожнинах оснастки і встановлення кореляційних зв'язків та теоретичних залежностей між ступенем, рівномірністю ущільнення форм і стрижнів з одного боку та вірогідністю появи дефектів виливків - з іншого.

На жаль, для вирішення згаданої наукової проблеми, особливо щодо віброущільнення, науковці ні за кордоном, ні в Україні майже не використовують поєднання таких сучасних методів системного аналізу, як тримірне імітаційне моделювання ущільнення і прогнозування дефектів виливків методами експертних систем (ЕС) за результатами моделювання, а огляд літературних даних показує доцільність їх застосування, особливо на базі уявлень реології. Підтвердженням великої актуальності такої роботи є повідомлення щодо виділення 26 млн. евро університету “SWANSEA” на виконання саме таких досліджень і створення відповідної інтегрованої системи для ливарного виробництва. Отже пошук нових сучасних методів оптимізації технологічного процесу ущільнення ливарних форм для підвищення якості виливків є завданням актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась згідно плану науково-дослідних робіт кафедри “Ливарне виробництво чорних і кольорових металів” НТУУ “КПІ”. Робота відповідає державній науково-технічній програмі 4.2. “Системний аналіз, методи та засоби керування процесами різної природи; методи оптимізації; програмне забезпечення та інформаційні технології в складних системах”, а саме підпункту “Розробка методологічних, алгоритмічних і програмних засобів системного аналізу процесів різної природи” Міністерства освіти і науки України.

Мета роботи і задачі дослідження. Метою роботи є створення автоматизованої системи оптимізації виготовлення ливарних піщаних форм і забезпечення заданої якості виливків на стадії технологічної підготовки виробництва, тобто полягає у створенні системи оптимізації технологічних режимів ущільнення ФС, моделювання масопереносу при формоутворенні та прогнозування дефектів виливків з вини ливарної форми за допомогою ЕС. Основою методики моделювання прийнято реологічний підхід з орієнтацією на технологію віброущільнення.

Для досягнення вказаної мети в роботі були сформульовані і вирішені наступні задачі:

1. Розробити методики експериментального визначення розподілу щільності суміші в об'ємі ливарної форми;

2. Дослідити динаміку ущільнення формувальних сумішей;

3. Розробити методику і систему тримірного імітаційного моделювання ущільнення ливарних форм і стрижнів;

4. Шляхом аналізу і порівняння результатів комп'ютерного моделювання і експериментів оцінити ефективність системи моделювання ущільнення ливарних форм;

5. Розробити методику і систему для прогнозування дефектів виливків з вини форми.

Об'єкт дослідження: ущільнення ливарних форм і стрижнів та дефекти виливків, пов'язані з ущільненням.

Предмет дослідження: моделювання процесу ущільнення формувальних сумішей і прогнозування вірогідності утворення дефектів виливків.

Методи досліджень. Мета і поставлені в роботі задачі обумовили проведення теоретичних і практичних досліджень з використанням статистичних і фізичних методів досліджень; методів імітаційного моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Побудована універсальна тримірна імітаційна модель процесу ущільнення сумішей при виготовленні ливарних форм і стрижнів на прикладі виброущільнення з використанням підходів реології, препроцесорної підготовки і фіксованої сітки структуризації об'єкту моделювання.

2. Вперше формалізована прогностична таблиця, розроблено способи, математичні моделі і побудовані теоретичні залежності для прогнозування вірогідності утворення п'ятнадцяти видів дефектів виливків та отримання бездефектного виливка за ступенем і рівномірністю ущільнення суміші в ливарній формі в різних зонах, у тому числі з попереднім використовуванням імітаційного моделювання ущільнення.

3. Вперше сформульована задача створення способів і математичних моделей діагностики рівномірності і ступеня ущільнення суміші в різних зонах форми за дефектним станом виливків.

4. Досліджені реологічні властивості і динаміка віброущільнення піщаних сумішей, що дозволило конкретизувати математичну модель, покладену в основу імітаційного моделювання.

5. Сформульована задача і запропоновані концепція і способи оптимізації процесу формоутворення за результатами імітаційного моделювання ущільнення формувальної суміші і прогнозування утворення дефектів виливків, в якості критерія оптимізації запропонована вірогідність появи дефектів виливків.

Практичне значення одержаних результатів. Тримірна універсальна імітаційна модель ущільнення сумішей в ливарних формах і стрижнях, способи, математичні моделі і теоретичні залежності прогнозування вірогідності утворення дефектів виливків з вини форми та програмний комплекс (ПК) дозволяють оптимізувати процес ущільнення ФС і підвищити якість виливків.

Особистий внесок здобувача. Здобувачем проаналізовані сучасний стан теорії і технологіі вібро- і інших способів ущільнення, теорії імітаційного і реологічного моделювання ущільнення, статистика дефектів виливків, стан теорії технічної діагностики і прогнозування у ливарному виробництві. Особистий внесок полягає у розробці методик, алгоритмів та програмного забезпечення препроцесорної підготовки граничних та початкових умов для тримірного моделювання [3]; власно тримірного моделювання ущільнення ливарних форм з незмінною сіткою координат [2,4, 23]; обробці та тлумаченні одержаних результатів моделювання та досліджень [8,9,10]; апробації результатів роботи у лабораторних і виробничих умовах [9,10-17]; оформленні основних положень та висновків, створенні прогностичної таблиці, математичних моделей і отриманні теоретичних залежностей вірогідності дефектів виливків від ступеня ущільнення форми [7,9,10-17,19,25]; розробці ЕС [5,6,7,24]; створенні моделей градієнтів напружень зсуву, концепції їх зміни в процесі ущільнення і принципів розрахунку [8,18]; створенні системи реологічних випробувань[1,20-22].

Апробація роботи. Основні наукові положення доповідались та обговорювались на науково-практичних конференціях: “Роль науки в повышении эффективности производства”, Чебоксары, 1987; "V научно-технической конференции молодых ученых и специалистов-литейщиков Киевского городского правления НТО", Киев, 1988; ”Актуальные проблемы в области машиностроения, радиоэлектроники, автоматики и вычислительной техники, теплоэнергетики и промышленных технологий”, Киев, 1988; “Konference VUT”, Brno, 1989; “Повышение качества и интенсификация производства отливок на основе применения ЭВМ”, Ленинград, 1989;"Передовой опыт автоматизации проектирования сквозного цикла изготовления отливок", Москва, 1990; "Современные технологические процессы в литейном производстве", Киев, 1990; “Международной научно-технической конференции по применению компьютеров в литейном производстве “ФОКОМП-90””, София, 1990; “Литейное производство на рубеже столетий”, Киев, 2003; “Vady odlitku zpusobene formovacimi materialy”, Milovy, 2004; “Литейное производство: высококачественные отливки на основе эффективных технологий”, Киев, 2004; “Пути повышения качества и экономичности литейных процессов”. Одесса, 2004; науково-технічній конференції, присвяченій 60-річчю інженерно-фізичного факультету, Київ, 2004; “Литье. Металлообработка”, Запорожье, 2005; на наукових семінарах кафедри “Ливарне виробництво чорних і кольорових металів” НТУУ “КПІ”, Київ, 2004, 2005 і 2006.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 25 наукових робіт. Основний зміст роботи викладено в 9 статтях у фахових виданнях ВАК, 8 тезах до доповідей, 8 патентах України.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, п'яти розділів, списку використаної літератури (314 найменувань на 27 стор.), додатків. Вона викладена на 344 аркушах, містить 78 рисунків, 17 таблиць, 150 сторінок основного тексту.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі наведена загальна характеристика і обґрунтована актуальність дисертаційної роботи, визначена загальна мета, поставлені основні задачі, показано зв'язок з науковими програмами, наведено основні результати дослідження, визначені їх наукова новизна і практичне значення, викладено особистий внесок здобувача у виконанні роботи та апробація її результатів.

У першому розділі розглянуто сучасний стан методів формоутворення, методів керування якістю виливків, які виготовляють у піщаних ливарних формах, через управління процесами ущільнення ФС та проаналізовано можливості підвищення ефективності рішення цієї задачі, зокрема використанням моделювання як складової підсистеми САПР ТП або АСК формоутворенням; стан досліджень в області реології ФС та технології віброущільнення форм і стрижнів. Аналізуються запропоновані різними авторами реологічні моделі (РМ); математичні моделі, рівняння і системи моделювання ущільнення ФС в ливарних формах різними методами, за допомогою яких оцінюються параметри і режими формоутворення; ЕС технічної діагностики і прогнозування дефектів виливків. Проаналізовані доцільність та проблеми використання реологічних властивостей (РВ) ФС при моделюванні і проектуванні технології виготовлення ливарних форм.

Методи управління процесами ущільнення, побудовані на використанні результатів випробувань ФС стандартними методами, не знайшли широкого застосування через низьку ефективність. Крім того, прийняті методи оцінки якості ливарних форм, наприклад, за твердістю поверхні ущільненої ФС, малоінформативні і не пов'язані з оцінкою вірогідності виникнення дефектів виливків. Окремою проблемою, вирішення якої необхідне для працездатності систем моделювання, є створення приладу, придатного для визначення РВ ФС в лабораторних і виробничих умовах.

Разом з тим з'ясовано, що на даний час відсутня єдина, універсальна, загальновизнана РМ ФС. Частіше застосовують РМ Шведова-Бінгама, Кельвіна, Ляхова, 4- і 5-елементні моделі, а іноді унікальні РМ “Матвеєнка-Бельчука” і модель “Комарова-Шеклеїна”. Відсутні універсальні методика і тримірна аналітична імітаційна модель ущільнення, які б дозволили здійснити якісний і кількісний аналіз поведінки ФС в умовах різноманітних способів формоутворення. Потребує з'ясування питання розподілу в формі напружень, особливо градієнта напружень зсуву, в т.ч. залежно від щільності ФС, формування вібраційного поля в об'ємі ФС. Рівняння ущільнення і математичні моделі можуть застосовуватись тільки для окремих методів формоутворення і не повністю враховують особливості реальних фізичних процесів масопереносу в формі, тому мають обмежені можливості для практичних потреб виробництва і досліджень. Немає також логічного завершення моделювання з позиції кінцевого результату, яким має бути проста та надійна методика прогнозування якості виливків за результатами імітаційного моделювання ущільнення ФС у формах.

Математичне забезпечення систем моделювання процесів ущільнення ФС надано в вигляді емпіричних формул, таблиць, номограм, 1- і 2-мірних алгоритмів моделювання, орієнтованих на окремі види ФС та методи ущільнення, здебільшого вже традиційних - пресуванням, струшуванням тощо. Однак, за останні роки значне поширення здобули нові технології, яки передбачають ущільнення форм та стрижнів вібрацією, а дослідження в цьому напрямку недостатні для найбільш ефективного використання високих можливостей вібротехнології.

Теорія віброущільнення дисперсних матеріалів оперує, як основним фактором, віброприскоренням або інтенсивністю коливань, величина яких визначає силову дію на матеріал. Динаміка масопереносу в процесі ущільнення залежить також від ефективних значень щільності ФС, яка, у свою чергу, від її РВ, технологїї і параметрів формоутворення та часу ущільнення, тому з'являється можливість технологічними методами управляти станом поверхні і якістю виливка. Проте, величезна різноманітність існуючих і розроблених ФС, робить експериментальну оцінку їхньої придатності до даних метода та режиму формоутворення дуже проблематичною.

Найбільш ефективною для оптимізації технології виготовлення форм і стрижнів, слід вважати таку методику, яка передбачає управління як режимами ущільнення, так і РВ ФС, наприклад, внаслідок зміни їх складу. Перегляд і аналіз літератури показує, що ця задача оптимізації може вирішуватись у двох напрямках: аналіз та синтез технології (пряма і зворотня задачі).

При аналізі технології, за допомогою методів імітаційного моделювання і ЕС (за принципом "що - якщо") розглядаються процеси масопереносу з врахуванням початкових і граничних умов для подальшого дослідження, аналізу і співставлення результатів моделювання ущільнення та прогнозу ймовірності появи дефектів виливків для прийняття рішення щодо оптимальних РВ ФС і параметрів ущільнення (силові, газові). Аналіз відповідних залежностей та алгоритмів показує, що навіть аналіз технології, тобто прямий розрахунок умов (в т.ч. початкових та граничних) і моделювання процесів масопереносу і ущільнення дуже утруднений.

Що ж стосується другого варіанту (оберненого розрахунку) - за заданими умовами ущільнення та якістю виливків визначити необхідні РВ ФС, параметри та час процесу формоутворення (синтез технології), то така процедура практично нездійсненна через величезні обчислювальні труднощі і неприпустимо низьку точність одержуваних результатів. Отже, універсальне аналітичне тримірне моделювання стану і параметрів ливарної форми в процесі ущільнення ФС з наступним прогнозуванням і діагностикою дефектів виливків раніше не використовувалися. На цій підставі сформульовані мета та задачі дослідження.

У другому розділі - наведений перелік матеріалів і обладнання, що застосовувались для досліджень, надані їх загальні характеристики, наведені методи досліджень.

У третьому розділі запропонована універсальна тримірна імітаційна реологічна модель масопереносу і ущільнення ФС, яка надає можливість аналізувати основні складові при декомпозиції процесів і синтезувати структурні перетворення в об'єкті, моделювати поле нормальних та дотичних напружень, ущільнення, перетікання, внутрішнє та зовнішнє тертя, зміну параметрів залежно від щільності та віброприскорення, способу і режиму формоутворення, виду РМ і застосовувати ступінчасту, лінійну та нелінійну моделі градиєнтів напружень зсуву (сил тертя) в об'ємі ФС.

Узагальнений алгоритм роботи моделі складається з двох частин:

1. Препроцесорна підготовка моделювання:

-ввід форми та розмірів об'єкта (форми або стрижня з урахуванням робочих порожнин);

-виконується просторове структурування об'єкта моделювання і визначається тривалість часових ітерацій;

-задаються початкові і граничні умови процесу формоутворення;

-вибирається спосіб формоутворення (віброущільнення);

-вибирається реологічна модель;

-вибирається модель градієнта напружень зсуву;

-вибирається математична модель залежності РВ від щільності та віброприскорення;

-визначаються зовнішні сили процесу переносу.

2. Моделювання:

-виконується перша часова ітерація моделювання;

-опрацьовується інформація щодо зміни ефективних параметрів імітаційної моделі (ефективної щільністі, РМ і РВ, моделі градієнта напружень зсуву (сил тертя), координати верхнього шару);

-до початку наступного циклу (ітерації) готується інформація щодо зміни всіх параметрів;

-проводиться наступний цикл (ітерація) моделювання;

-закінчення моделювання відповідає закінченню процесу ущільнення.

Препроцесорне підготування імітаційного моделювання ущільнення ливарних форм і стрижнів. В першій фазі формується масив інформації геометричних параметрів ливарної моделі й опоки з наповнювальною рамкою або стрижневого ящика, а також фізико-механічних (РВ) і технологічних властивостей ФС, що заповнює робочий простір оснастки.

Для опису геометричної моделі робочий простір форми або стрижневого ящика розділяється взаємно перпендикулярними площинами, рівнобіжними координатним осям, на множину елементарних об'ємів (елементів), кожному з яких надається індекс (код), відповідно до координатних осей, тобто здійснюється структурування простору у вигляді тримірної мережі. Стан ФС в кожному елементарному об'ємі описується у вигляді початкових, а в елементах, розташованих по межах розрахункової області - додатково у вигляді граничних умов.

Фазу препроцесорного підготування віртуальної імітаційної моделі доцільно здійснювати в два етапи. На першому етапі покроково вибираються або вводяться вхідні дані, які функціонально можна поділити на три групи. Перша група вхідних даних визначає формування віртуальної геометричної моделі ливарної форми або стрижня. Друга група вхідних даних описує РВ ФС, що заповнює робочий простір опоки або стрижневого ящика. Перелік параметрів, що описують РВ ФС, визначається згідно з прийнятою моделлю, за якою описується взаємозв'язок деформаціі суміші, що ущільнюється, з діючими в ній напруженнями, обумовленими зовнішніми силами. Для реологічного моделювання динаміки ущільнення форм застосовуються такі параметри: насипна щільність, коефіцієнт бічного тиску, коефіцієнти внутрішнього (в'язкість) і зовнішнього тертя, вид реологічної моделі, РВ (модуль пружності, граничне напруження зсуву, ефективна в'язкість і інші параметри відповідно до прийнятої реологічної моделі).

Третя група даних описує умови навантаження (величини, напрямки, тривалість дії зовнішніх сил і закономірність їх розподілення з віддаленням від джерела дії) в об'ємі ФС і на контактних поверхнях зі стінками опоки, плити і моделі або стрижневого ящика. При ущільненні форм об'ємним вібруванням вказуються: амплітуда, частота і коефіцієнт загасання коливань.

Вхідні параметри можуть бути задані або безпосередньо в програмі моделювання (при доведенні), або отримані через інтерфейс з різними САПР або інтерфейс користувача.

На другому етапі за заданим інформаційним масивом автоматично формуються крайові (граничні і початкові геометричні, логічні, технологічні і фізичні) умови для використання в обчислювальному експерименті з імітаційного моделювання ущільнення.

Імітаційне реологічне моделювання ущільнення ливарних форм і стрижнів вібрацією.

Об'єктом моделювання є система, у яку входить модельна плита з моделлю складного профілю, опока і ФС, засипана на модель (або ФС у стрижневому ящику). Верхній рівень ФС збігається з верхнім зрізом наповнювальної рамки.

Моделювання процесу ущільнення ФС виконується послідовно для кожного або довільного вертикального перетину форми. Сліди вертикальних площин розділяють форму на елементи відповідно профілю моделі: площини вертикальних стінок моделі й опоки повинні співпадати з площинами елементів. Похилі або закруглені поверхні замінюються східчастими профілями.

Габаріти елементів визначаються з умов виконання вимог макрореологічного моделювання (5-50 мм), розмір сторін елементу (Д=) має бути значно більше розміру частинок наповнювача dm і меньше середнього габаритного розміру ливарної моделі L: dm<< Д=<<L.

Сліди горизонтальних площин розділяють форму на шари висотою dx. Прийнявши висоту опоки H, координату будь-якого шару ФС визначимо H-x, де x - віддалення від верхнього краю опоки. Шари ФС, які знаходяться нижче і мають відповідно до прийнятого механізму процесу більш високі значення РВ, приймаються як жорстка підпора, через яку передаються вібраційні коливання. Найнижчий шар знаходиться на поверхні вібростолу, який є джерелом віброколивань.

У такому випадку, загальний процес ущільнення елементарного об'єму ФС можна розглядати як наслідок взаємодії трьох (при двомірному моделюванні) або п'яти (при тривимірному моделюванні) складових компонент нормальних і дотичних напружень (рис.1).

Ущільнення, тобто зменшення висоти dx елемента, обумовлюється нормальним тиском 1ij. Ущільнення в горизонтальному напрямку викликається перетіканням суміші в суміжні елементарні об'єми внаслідок різниці бічних тисків в суміжних елементах двома (2ij при двомірному моделюванні) або чотирма (2ij, 3ij при тривимірному моделюванні) напрямками. Перетікання ФС відбувається, якщо головні великі напруження суміжних елементів настільки взаємно відрізняються, що з'являється можливість стиску елементарного об'ему у вертикальному напрямку і його розширення внаслідок стиску (ущільнення) суміжного елемента в горизонтальному напрямку. Умовою перетікания суміші є сітуація, коли горизонтальні напруження, що стискують суміжний елемент, стануть для нього головними великими напружинами, а вертикальні - меншими.

Деформація, що викликається стискуючими напруженнями в загальному випадку і для моделі Бінгама без врахування модуля пружності визначається за рівнянням:

1 =эф.+ эф* э або = 1/ F(эф. , эф. , Eэф.) = (1 - эф.) * t / эф., (1)

де: э -швидкість деформації ФС;

- відносна деформація ФС;

t - час;

F(эф., эф., Eэф.) - реологічна модель ФС;

эф., эф., Eэф. - ефективні значення граничного напруження зсуву (межі текучості), в'язкості і модуля пружності ФС. РМ, тобто конкретний вид функції F(эф., эф., Eэф.) визначається за результатами реологічних випробувань.

Інтенсивність згасання коливань ФС залежить від її щільності за експоненційним законом:

A(H-x) = A e (-()/2(H-x)) , (2)

де: A - амплітуда коливань віброплощадки;

() - коефіцієнт загасання коливань в залежності від щільності ФС;

H-x - віддалення елементарного шару, що розглядається, від джерела вібрації.

Вертикальне ущільнювальне напруження виникає в елементарному шарі товщиною dx і являє собою суму напружень, що викликаються силою тяжіння m і інерції i стовпа ФС висотою x, що знаходиться вище (для гармонійних коливань):

1 = (t) x (g + A 2 sin t e (-()/2(H-x))), (3)

де: (t) - щільність ФС після ущільнення за час t, що змінюється в процесі ущільнення від 0 (насипна щільність) до певного граничного значення мах;

g - прискорення сили тяжіння;

a - віброприскорення;

A(H-x) - амплітуда коливань на рівні (H-x);

- кутова частота коливань = 2рн.

Вважаємо, що ФС є псевдоізотропною дисперсною системою, приймаємо також, що бічний тиск у всіх чотирьох напрямках однаковий, тобто 2 = 3 .

Взаємозв'язок між головними напруженнями згідно закону граничної рівноваги:

2 = 3 = 1 tg 2 () = () 1 = (1 c tg () ) / tg 2 () , (4)

де: () - ефективний коефіцієнт бічного тиску залежно від щільності ФС;

c() - ефективний коефіцієнт зв'язності ФС;

() - ефективний кут завалення (обрушения) ФС,

() = 45 + () /2, (5)

де: () - ефективний кут тертя.

Підсумковий бічний тиск на межі двох елементів 2рез і 3рез визначається як різниця головних менших напружень (рис.1а, 1б):

2рез. i±1 = 2ij - 2(i±1)j - для перетікання ФС в лівий або правий бік, (6)

3рез j±1 = 3ij - 3i(j±1) - для перетікання ФС вперед або назад. (7)

Якщо головні менші напруження суміжних елементів рівні між собою або, якщо підсумковий бічний тиск не перевищує граничного напруження зсуву (при домежному стані ФС), тоді по межі двох елементів явища перетікання не буде і ФС може ущільнюватися внаслідок перетікання в суміжні елементарні об'єми тільки за лінією дії головних великих напружень (вертикально).

Позитивне значення 2рез означає, що тиск, який ущільнює, діє на суміжні елементи i(j-1), i(j+1), (i-1)j, (i+1)j, а ij-тий елемент випробує розущільнюючу деформацію в горизонтальному напрямку. Негативне значення 2рез означає, що до тиску, який ущільнює, схильний досліджуваний елемент ij, а суміжні елементи деформуються і розущільнюються в горизонтальному напрямку, а суміш з них перетікає до ij-того елементу. Такий процес відбувається при позамежному стані ФС.

Для практичного застосування описаної методики, необхідно задати вид РМ, її РВ, а також врахувати, що в процесі ущільнення кожного елементу відбувається зміна виду РМ і РВ. Необхідні дані для кожного виду ФС визначаються експериментально. Вибір РМ і розрахунок її РВ виконуються спеціальною програмою на підставі експериментальної кривої деформації, отриманої під час випробуваннь ФС. Для коригування РМ і її РВ для кожного елементу ФС в заданому інтервалі часу розраховується щільність ФС. Коригування виконується відповідно до залежностей, отриманих при опрацюванні кривих деформації для різних щільностей ФС.

Щільність ФС визначається з умов зберігання маси послідовно для трьох осей координат (6 напрямків перетікання) або через суму деформацій за всіма напрямками:

(t) = 0 dx/(dx - ) (8)

Вплив вібрації на зміну РВ враховується через ефективні значення граничного напруження зсуву эф., в'язкості эф., модуля пружності Eэф. залежно від віброприскорення і щільності ФС:

эф. , эф. , Eэф. = f (a, ) (9)

За наявністю додаткових впливів на елементарний об'єм від суміжних зон (внаслідок різного ступеня деформації і переміщення) деформація складе:

= 1сумм / F(еф. , еф. , Eеф.) (10)

1сумм = (P1-P2)/(dy 2) , (11)

де: P1 - стискувальне зусилля,

P2 - зусилля тертя з боку суміжних елементів,

dy2 - площа поверхні елемента, поперечна до стискувального зусилля і зусилля тертя.

Сила тертя об поверхні інших елементів, моделі або опоки, визначається за формулою:

Tt = 1 Пdx =() f П dx, (12)

де: 1 (2) - питома сила зовнішнього (внутрішнього) тертя;

П - периметр елементу (шару);

- напруження, нормальні до поверхні стінки моделі, опоки, площіни суміжних елементів;

f - коефіціент тертя суміші об стінки опоки або моделі.

1 = tg, (13)

де: - кут зовнішнього тертя,

2 = tg, (14)

де: - кут внутрішнього тертя.

Розрахунок напруженого стану і деформацій здійснюється по зонах покроково для заданого інтервалу часу T послідовно для кожного виділеного шару ФС, після чого деформації N шарів додаються. Потім цикл повторюється для наступного інтервалу часу. Розрахунок зупиняється при вичерпанні заданого інтервалу часу вібрування Tвибр. або досягненні найбільшого можливого ущільнення ФС по всій висоті форми, тобто за умовою зупинення деформації = 0.

У четвертому розділі наведені результати досліджень причин появи дефектів виливків з вини неоптимального ущільнення форми, спосіб прогнозування ймовірності появи дефектів виливків за результатами імітаційного моделювання ущільнення форми або стрижня, структура та принципи роботи ЕС та ПК оптимізації ущільнення ливарних форм.

Розроблена концепція (рис.2), методичне, алгоритмічне і програмне забезпечення ПК оптимізації, як багатофункціональної інтегрованої системи (ІС) моделювання, прогнозування і діагностики для рішення: прямої задачі (аналіз ливарної технології) шляхом багатоваріантного імітаційного моделювання ущільнення ФС і прогнозування на його основі якості виливків (як критерія оптимізації); або зворотної задачі (синтез ливарної технології) - діагностики ступеня і якості ущільнення форми або стрижня за дефектним станом виливків для оптимізації існуючої технології.

Запропонована за основу ПК у даній роботі імітаційна модель ущільнення ливарних форм і стрижнів дозволяє вирішувати пряму задачу при різних обмеженнях, що накладаються можливостями проектувальника або дослідника, задачами дослідження і умовами виробництва. Загальна

схема оптимізації формоутворення і місце в ній імітаційної моделі, системи імітаційного моделювання, а також експертної і інформаційно-пошукової систем ілюструється рис.2.

Експертна система прогнозування дефектів виливків, пов'язаних з ущільненням форми. Різноманіття причин і видів дефектів виливків з вини форми обумовлює складність їх діагностики і прогнозування, вимагає від технолога необхідності моделювання за пам'яттю подібних практичних ситуацій. Вирішити цю проблему дозволяє розроблена ЕС, яка виконує такі функції:

1. Організація, поповнення і ведення власної інформаційної бази.

2. Прогнозування якості виливка за результатами імітаційного моделювання ущільнення ливарних

форм і стрижнів або безпосередньо за значеннями середніх щільностей в трьох характерних зонах.

3. Формування рекомендацій з бажаного розподілу щільності між характерними зонами форми.

У фазі підготування складається прогностична таблиця (табл.1), в якій розміщені коефіці-єнти математичних моделей, що визначають взаємозв'язок сукупності параметрів ущільнення ливарних форм і стрижнів з прогностичними або діагностичними гіпотезами дефектів виливків. Коефіцієнти можно уточнювати відповідно до певних виробничих умов.

Таблиця 1.

Прогностична таблиця дефектів виливків з вини піщаної форми

Ознаки стану піщаної ливарної форми (показники ступеня, характеру і якості ущільнення суміші), i	Гіпотези прогнозу дефектів виливків, j
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
	Немає браку	Прорив металу	Розпір форми (подутість)	Розмив	Витік	Пригар	Шорсткість (груба поверхня)	Ужимина	Засміченність	Обвал форми	Складчатість	Наріст	Гарячі тріщини	Газові раковини	Просік	Вибуховий пригар
1. Ущільнення на межі з моделлю
1.1 Підвищене, X1								3			3		2	1	3	1
1.2.Оптимальне, X2	3
1.3.Знижене, X3		2	3	3	3	3	3		2	3		3
1.4. Нерівномірне, X4							3	3			1			3
2. Щільність верхніх шарів напівформи
2.1. Підвищене, K1														3
2.2.Оптимальне, K2	3
2.3. Знижене, K3
3. Розподіл щільності від розніму форми
3.1 Підвищення, Z1									1					3
3.2.Рівномірне, Z2	2							1					1	1
3.3.Зниження, Z3	3		1					1
4. Середня щільність
4.1.Висока, Y1							3	2			2		3	3	2	3
4.2.Оптимальна,Y2	3												1	2
4.3.Знижена, Y3		3	3	3	2	1	2		3	3		3
Сума, Sj=	14	5	7	6	5	4	11	10	6	6	6	6	7	16	5	4
0 - незначимий фактор; 1 - малозначимий фактор; 2 - значимий фактор; 3 - сильнозначимий фактор

На першому етапі фази функціонування в ЕС вводиться первинна інформація (значення щільності в різних зонах). Другим етапом фази функціонування ЕС є прогнозування дефектів:

де: Wj - вірогідність появи дефекту виливка;

Gik = (Pтек-Pнас) / (Pопт-Pнас), якщо Pтек є [Pнас; Pопт]; Pнас < Pопт =0,85Pmax , (16)

Gik = 2 - (Pтек-Pнас) / (Pопт-Pнас), якщо Pтек є [Pопт; Pmax]; Pнас < Pопт =0,85Pmax , (17)

де: Аijk - вага фактору згідно з табл.1 для різних гіпотез (дефектів);

Gik (Gмод, Gср ,Gв, Gраспр.) - значення функції бажаності щільності в зонах форми (мод -білямодельна; в -верхні шари; ср -середня по формі; распр-характер розподілу в об'ємі форми);

i - фактор (щільність ФС в різних характерних зонах ливарної форми);

j - гіпотеза (дефект);

k - діапазон значень щільності (низк - понижена; вис. - підвищена; опт. - оптимальна;

равн. - рівномірна; нер. - нерівномірна; в - підвищення; н - зниження);

Pотн - відносна щільність ФС в ливарній формі, відн. од.;

Pтек - поточна щільність ФС в характерній зоні ливарної форми, кг/м3;

Pmax - максимальна щільність ФС в ливарній формі, кг/м3;

Pнас - насипна щільність ФС в ливарній формі, кг/м3;

Pопт - оптимальна щільність ФС в ливарній формі, кг/м3.

Узагальнена математична модель дефекту виливка (див. табл.1):

Дефект(%)=(X1*Gмвыс+X2*Gмопт+X3*Gмнизк+X4*Gмнер+Y1* Gфвыс +Y2* Gфопт +Y3* Gфнизк+Z1*Gраспрв+Z2*Gраспрравн+Z3*Gраспрн+K1*Gвв+K2*Gвопт+K3*Gвн)*100/(X1+X2+X3+X4+Y1 +Y2+Y3+Z1+Z2+Z3+K1+K2+ K3) (18)

Дефектність(%)=100% * (?Дефектj )/1500% (19)

Бездефектність(%)=100 - Дефектність(%) (20)

Третім етапом є впорядкування плану зміни технології. На цьому етапі на підставі введених даних може виконуватися автоматичне заповнення консультаційної таблиці з рекомендаціями щодо бажаного розподілу щільності ФС в об'ємі ливарної форми або стрижня.

У пятому розділі наведені результати експериментальних досліджень реологічних та деформаційних властивостей ФС, коефіцієнту затухання віброколивань у сумішах та пінополістіролових моделях, кінетики ущільнення та обчислювальних експериментів ущільнення ливарних форм з прогнозуванням дефектів виливків. Порівнянням обчислювальних і експериментальних даних підтверджені адекватність імітаційної моделі ущільнення ФС і математичної моделі прогнозування вірогідності появи дефектів виливків за ступенем ущільнення форми.

Встановлено, що згасання вібраційних коливань у стовпі піску може бути задовільно описане експоненціальною залежністю, що співпадає з подібними даними з віброущільнення різних дисперсних матеріалів, коефіцієнт згасання вібраційних коливань в піску складає 0,11 см-1. Вплив пінополистиролової моделі на розповсюдження вібрацій проявляється в різкому зниженні амплітуди коливань над моделлю, що підвищує ризик появи дефектів виливків і має враховуватись при ущільненні і моделюванні. При товщині моделі 5...50 мм перепад амплітуди коливань на нижній і верхній поверхнях моделей складав 55...68 %.

Вивчення характеру ущільнення і переміщення шарів піску при вібрації здійснювали з використанням багатошарових форм. Горизонтальні шари створювали шляхом засипки у форму забарвленого в різний колір піску. Вібрацію проводили з частотою 50 Гц і амплітудою 0,3 мм.

Згідно отриманим даним, переміщення шарів піску в об'ємі форми, де відсутня модель, відбувається практично плоско-паралельно. Вплив вертикальних стінок опоки і моделі виявляється в невеликому гальмуванні прилеглих шарів піску, що може бути пояснено впливом сил тертя. Із зіставлення переміщення шарів піску біля вертикальних і похилих стінок моделі можна зробити висновок, що ущільнення піску біля похилих стінок істотно нижче, що підвищує ризик появи дефектних виливків. Очевидно, це пояснюється сумісним впливом підвищення сил тертя на похилих поверхнях і зниженням ефективних значень амплітуди віброколивань внаслідок їх гасіння у відповідному перетині пінополістиролової моделі.

Обчислювальним експериментом підтверджені відомі експериментальні і отримані нові теоретичні залежності вірогідності появи дефектів виливків від ступеня ущільнення форми (рис.3). Запропонован новий підхід у визначенні оптимальних щільності і часу ущільнення згідно з номограммами (рис.3,4), яки автоматично генеруються ПК для конкретного виду і режиму формоутворення. Новими критеріями поділу процесу ущільнення на чотири фази ущільнення виступають максимуми функції бажаності: середньої щільності всієї форми, білямодельної зони й верхніх шарів ФС. Показано існування певної послідовності фаз процесу ущільнення і почергового досягнення загальноприйнятої оптимальної відносної щільності ФС в різних зонах форми. Перша фаза відповідає максимальному ризику появи дефектів від недоущільнення, друга фаза -оптимальному ущільненню з мінімальним ризиком дефектів, третя і четверта - інтервалу максимального ризику дефектів від переущільнення ФС. Для динамічних методів ущільнення оптимум щільності знаходиться в 2-ій фазі між максимумами функцій бажаності білямодельної щільності (нижня межа) і середньої щільності всієї форми (верхня межа), для статичних способів - навпаки (в іншої послідовності) і оптимум знаходиться в 3-ій фазі. Зіставлення тривалості фаз, значень щільності і її функцій бажаності в різних зонах важливо при порівнянні різних видів формоутворення (і цілих груп видів - статичних і динамічних), коли не тільки тривалість, а й послідовність таких фаз змінюється й відрізняється для цих двох груп і при цьому визначає різні вид і поведінку функцій імовірності дефектів виливка.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведені теоретичне узагальнення і нове вирішення наукового завдання підвищення якості виливків через застосування методів імітаційного моделювання процесів масопереносу під час ущільнення форм та стрижнів і застосування результатів моделювання для прогнозування вірогідності утворення дефектів виливків. За результатами, одержаними в роботі, сформульовані такі висновки:

1. Дослідженням літератури встановлено, що застосування методів імітаційного моделювання для аналізу ущільнення і результатів моделювання для прогнозування вірогідності утворення дефектів виливків для підвищення ефективності систем управління якістю виливків, що виготовляються в разових формах, недостатнє. Встановлено, що питання вибору оптимальних режимів вібрації ущільнення форм при виготовленні виливків складної конфігурації до теперішнього часу не вирішене. Розв'язати проблему оптимального ущільнення форм дозволяє використання імітаційного моделювання процесу формоутворення. Найбільш об'єктивно імітаційна модель, властивості формувальних матеріалів і процес їх ущільнення можуть бути описані на основі реології.

2. З метою оптимізації формоутворення створена універсальна тримірна імітаційна модель ущільнення, яка складається з підсистем: препроцесорної підготовки моделювання (введення даних, генератора просторового структурування об'єкта моделювання, підсистеми розрахунку початкових та граничних умов процесу), розрахунку поля нормальних та дотичних напруг, ущільнення, перетікання, внутрішнього та зовнішнього тертя, врахування кута нахилу стінки оснастки, моделювання характеру розподілу сил тертя, перерахунку щільності на незмінні координати, коригування ефективних значень реологічних параметрів залежно від ефективної щільності (на основі методів реології з адаптацією для віброущільнення; модель дозволяє, як альтернативу використання емпіричних рівнянь ущільнення, адаптацію для інших методів ущільнення).

3. Вперше запропонований новий підхід до визначення критерію оптимізації формоутворення на стадії технологічної підготовки виробництва, а саме вірогідність утворення дефектів у виливках з вини ливарної форми за результатами імітаційного моделювання. Узагальнений критерій “бездефектність” може слугувати цільовою функцією оптимізації процесу ущільнення форми.

4. Вірогідність утворення дефектів у виливках з вини форми визначається сукупністю взаємопов'язаних параметрів ущільнення різних зон форми, які можна оцінити за допомогою трьох показників: середньої щільності всієї форми, білямодельних зон і верхніх шарів, ступінь впливу яких може бути представлена у вигляді матриці прогностично-діагностичних коефіцієнтів, а конкретні ефективні значення показників, у власну чергу, залежні від реологічних властивостей формувальної суміші, способу та режимів ущільнення і геометричних параметрів ливарної форми.

5. Рішення задачі визначення вірогідності появи дефектів виливків за згаданими показниками ущільнення можливо на основі аналізу результатів тримірного імітаційного моделювання ущільнення форми і стрижнів з наступним прогнозуванням методами експертних оцінок (ЕС).

6. Розроблено номограми для визначення оптимальних тривалості процесу і ступеня ущільнення за результатами багатоваріантного моделювання. Номограми генеруються автоматично ПК для конкретних способу та режимів ущільнення (на прикладі віброущільнення). Оптимальні силові параметри можуть бути визначені із спеціально сформованих діаграм. Запропоновані номограми дають можливість по-новому оцінити процес і різні способи ущільнення з точки зору тривалості і послідовності чотирьох фаз ущільнення в трьох характерних зонах форми.

7. Запропонована система оптимізації формоутворення з піщаних сумішей, яка включає об'єкт оптимізації - процес проектування технологічного процесу ущільнення і виготовлення виливків, систему імітаційного моделювання ущільнення, діагностичну та прогностичну експертні системи, дві бази даних і поліпшує проектування, моделювання, коригування нових технологічних процесів ущільнення або коригування процесу вже впровадженого у виробництво.

8. Розроблені і запатентовані способи прогнозування п'ятнадцяти дефектів виливків, які дозволяють значно ефективніше використовувати результати моделювання. Розроблена ЕС прогнозування дефектів виливків, яка може бути використана окремо або в складі ІС за результатами імітаційного моделювання. ПК в складі системи імітаційного моделювання, ЕС та двох баз даних пройшов випробування та рекомендований до впровадження в навчальний процес на кафедрі ливарного виробництва чорних та кольорових металів НТУУ"КПІ", на кафедрі ортопедичної стоматології Інституту екології і медицини (м.Київ) і у виробництво.

9. Вперше cтворено принципи, методика і програмне забезпечення:

-препроцесорної підготовки імітаційного тримірного моделювання ущільнення;

-моделювання градієнту напружень зсуву в формі при ущільненні;

-використання постійної незмінної мережі структурування під час імітаційного моделювання ущільнення форм та стрижнів, які підвищують адекватність і спрощують процес моделювання.

10. Встановлені параметри і закономірності динаміки віброущільнення і струшування використані при створенні імітаційної моделі. Достовірність моделі підтверджена експериментом.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1.Авдокушин В.П., Сургучев Е.А., Самарай В.П. Прибор для определения реологических свойств формовочных смесей // Литейное производство.- 2001.- № 4.- С.33-34

2.Авдокушин В.П., Самарай В.П. Реологическое моделирование уплотнения форм и стержней вибрацией // Процессы литья.- 2002.- №4.- С.65-70

3.Самарай В.П., Авдокушин В.П., Дорошенко С.П., Мазнюк В.М. Препроцессорная подготовка имитационного моделирования уплотнения литейных форм и стержней // Процессы литья.- 2003.- №2.- С.62-71

4.Самарай В.П., Авдокушин В.П., Дорошенко С.П., Мазнюк В.М. Методика использования постоянной сетки структурирования при имитационном моделировании уплотнения литейных форм и стержней // Процессы литья.- 2003.- №4.- С.47-51

5.Самарай В.П., Авдокушин В.П., Дорошенко С.П., Мазнюк В.М. АРМ оптимизации уплотнения литейных форм и его информационно-поисковая система// Процессы литья.-2004.-№1.-С.76-80

6.Самарай В.П., Авдокушин В.П., Дорошенко С.П., Мазнюк В.М. Экспертная система для прогнозирования качества и диагностики причин дефектов отливок, связанных с уплотнением формы // Процессы литья.- 2004.- №2.- С.79-82

7.Самарай В.П., Авдокушин В.П., Дорошенко С.П., Мазнюк В.М. Компьютерное прогнозирование и диагностика дефектов отливок на основе моделирования уплотнения формы // Литейное производство.- 2004.- № 9.- С.26-30

8.Самарай В.П.,Авдокушин В.П.,Дорошенко С.П. Оценка краевых эффектов при имитационном моделировании уплотнения форм и стержнем//Литейное производство.-2004.-№12.-С.23-25

9.Авдокушин В.П., Самарай В.П., Дорошенко С.П., Повар Д.І. Имитационное моделирование и анализ уплотнения песчано-глинистых форм встряхиванием // Процессы литья.-2006.-№2.-С.84-88

10.Патент UA64412А. Спосіб прогнозування якості виливків за станом ливарних форм і стрижнів / В.П.Авдокушин, В.П.Самарай // Промислова власність.- 2004.- № 2.- Кн.1.- C.4.66

11.Патент UA11504А. Спосіб прогнозування дефектів виливків / В.П.Самарай, В.П.Авдокушин, Н.О.Довбиш, Р.В.Самарай // Промислова власність.- 2005.- №12.- Кн.1.- C.5.15

12.Патент UA16101A. Спосіб визначення дефектів виливків „Розпір форми”/ В.П.Самарай, В.П.Авдокушин, А.І.Мірза, Н.О.Довбиш, Р.В.Самарай// Промислова власність.- 2006.- №7.- C.5.32

13.Патент UA16102A. Спосіб визначення дефектів виливків „Прорив форми”/ В.П.Самарай, В.П.Авдокушин, А.І.Мірза, Н.О.Довбиш, Р.В.Самарай// Промислова власність.- 2006.- №7.- C.5.34

14.Патент UA16156A. Спосіб визначення дефектів виливків „Шорсткість”/ В.П.Самарай, В.П.Ав-докушин, А.І.Мірза, Н.О.Довбиш, Р.В.Самарай, З.В.Шумелда, О.М.Кравчук. 2006, Бюл. №7, 3с.

15.Патент UA16157 Україна. Спосіб визначення дефектів виливків „Витік”/ В.П.Самарай, В.П.Ав-докушин, А.І.Мірза, Н.О.Довбиш, Р.В.Самарай, З.В.Шумелда, О.М.Кравчук. 2006, Бюл.№7, 3с.

16.Патент UA16703A. Спосіб визначення дефектів виливків „Пригорання”/ В.П.Самарай, В.П.Ав-докушин, А.І.Мірза, Н.О.Довбиш, Р.В.Самарай, З.В.Шумелда, О.М.Кравчук. 2006, Бюл.№8, 3с.

17.Патент UA16704A. Спосіб визначення дефектів виливків „Засмічення”/ В.П.Самарай, В.П.Ав-докушин, А.І.Мірза, Н.О.Довбиш, Р.В.Самарай, З.В.Шумелда, О.М.Кравчук. 2006, Бюл.№8, 3с.

18.Авдокушин В.П., Самарай В.П., Гавеля Е.Е., Голубев Е.И. Динамика виброуплотнения песчаных форм // Литейное производство: высококачественные отливки на основе эффективных технологий: Тез.докл.- Киев: Ред.журн."Процессы литья" и МП "Информлитье", 2004, С.105-107

19.Avdokusin V.P. Samaraj V.P. Computer diagnosis of the origin of defects caused by moulding materials // Vady odlitku zpusobene formovacimi materialy Milovy, 2004.- С.51-55

20.Автоматизированный комплекс реологического моделирования формовочных смесей / В.П.Авдокушин, С.П.Дорошенко, Е.А.Сургучев, В.П.Самарай, О.Д.Долинский // Тезисы докладов республиканской научно-практ. конф. “Роль науки в повышении эффективности производства в свете требований ХХYII съезда КПСС” - Чебоксары, Чувашский ЦНТИ, 1987 г., C.25

21.Автоматизированный комплекс реологического моделирования формовочных смесей / В.П.Самарай, С.П.Горобчук // Аннотированная прогр. научно-техн. конф. молодых ученых и специалистов - К., КПИ, 1988, 0.05 с.

22.Автоматизированная система реологического моделирования формовочных смесей / С.П.Дорошенко, В.П.Авдокушин, В.П.Самарай // Сборник “Повышение качества и интенсификации производства отливок на основе применения ЭВМ” - Л., ЛДНТП, 1989, C.27-30

23.Самарай В.П., Авдокушин В.П., Дорошенко С.П. Трехмерное моделирование уплотнения литейных форм и стержней вибрацией // Литейное производство на рубеже столетий: Тез.докл.- Киев: Ред. журн. "Процессы литья" при участии МП "Информлитье", 2003.- С.143-144

24.Самарай В.П., Авдокушин В.П., Дорошенко С.П., Мазнюк В.М. Экспертная система прогнозирования и диагностики дефектов отливок по вине песчаной формы - как система обучения и контроля качества подготовки инженеров и студентов // Литейное производство: высококачественные отливки на основе эффективных технологий: Тез.докл.- Киев: Редакция журнала "Процессы литья" при участии МП "Информлитье", 2004.- С.117-120

25.Самарай В.П., Авдокушин В.П., Дорошенко С.П. Компьютерная диагностика дефектов отливок по вине песчаной формы // Литье. Металлопрокатка: Тез. докл.- Запорожье: Запорожская торгово-промышленная палата, 2005.- С.29-31

АНОТАЦІЯ

ущільнення форма суміш масоперенос

Самарай В.П. Моделювання ущільнення ливарних форм і прогнозування дефектів виливків. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.04 - Ливарне виробництво. - Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 2006.

Дисертація присвячена розробці принципів, алгоритмів і програм для ефективного застосування універсальної тримірної імітаційної моделі реологічного моделювання ущільнення форм та стрижнів, в тому числі віброущільненням. Розроблені принципи моделювання процесів ущільнення форм та стрижнів за рахунок вар'їрування технологічних впливів і властивостей формувальних сумішей. Проведено комплекс експериментальних та обчислювальних досліджень впливу технологічних параметрів на формувальні суміші з різними реологічними властивостями в різних умовах. Побудовані імітаційна та математичні моделі процесів масопереносу при ущільненні форм. Запропоновано способи прогнозування якості виливків за результатами моделювання ущільнення форм, відповідні математичні моделі і теоретичні залежності. Результати моделювання з достатньою для інженерного рівня точністю підтверджуються експериментальними даними. Розроблено методи оптимізації процесів ущільнення піщаних форм та стрижнів.

Ключові слова: якість виливків, дефекти, піщані формувальні суміші, процеси перенесення, імітаційні моделі, реологічні моделі, експертні системи, прогнозування та діагностика, віброущільнення форм та стрижнів.

АННОТАЦИЯ

Самарай В.П. Моделирование уплотнения литейных форм и прогнозирование дефектов отливок. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.04 - Литейное производство. - Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2006.

Диссертация посвящена разработке принципов, алгоритмов и программ для эффективного использования универсальной трехмерной имитационной модели реологического моделирования уплотнения форм и стержней, в том числе виброуплотнением, для повышения качества отливок, которые получают литьем в разовые формы. Для этого использованы современные методы системного анализа - имитационное моделирование и прогнозирование методами ЭС.

Главная научная идея состоит в использовании реологического подхода для трехмерного имитационного моделирования процессов уплотнения литейных форм и результатов моделирования для прогнозирования дефектов отливок и оптимизации формообразования.

Проанализированы современное состояние теории и технологии вибро- и других способов уплотнения, теории имитационного и реологического моделирования уплотнения, статистика дефектов отливок, состояние технической диагностики и прогнозирования в литейном производстве. Показана обоснованность применения имитационного моделирования уплотнения смеси на основе положений реологии. Исследованы и обобщены закономерности уплотнения в целом и для виброуплотнения. Разработаны принципы моделирования процессов уплотнения форм и стержней за счет варьирования влиянием технологических параметров и свойствами формовочных смесей. Созданы имитационная и математические модели процессов массопереноса при уплотнении форм.