CC BY
9ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
ве значительна. Судя по результатам, кремний, входящий в состав силицированного графита, не взаимодействует с жидким расплавом.
Превышение концентрации цинка больше вводимой нормы объясняется явлением прямой ликвации, характерной для оловянистых бронз содержащих цинк. В работе [3] авторы наблюдали подобную картину в слитках из бронзы Бр.ОЦС 4-4-2,5. Там же упоминается об обратной ликвации свинца и олова, происходящей при кристаллизации оловянистых бронз. Концентрация этих элементов от центра и периферии пробы изменяется одинаково [3], причем обратная ликвация свинца возрастает при вьсоких скоростях охлаждения значительно перегретого расплава [4].
Как видно, отклонение от исходных значений составляет содержание свинца в обоих образцах, что, видимо, связано с обратной ликвацией последнего при кристаллизации. Размер необработанных отливок 0О,„= 50 мм. размер образцов после механической обработки 0^= 40мм; диаметр рентгеновской трубки = 34 мм, поэтому полная концентрация свинца в пробах не фиксируется. Причем при высоком перегреве обратная ликвация свинца проявилась сильнее, что согласуется с данными [4].
После РФА образцы взвесили для определения их плотности, которую рассчитывали по формуле.
т
где т - масса образцов, г;
V - их объем, мм3;
у^5 = 3.14*40*6х10 З=7 536смЗ 4 4
Плотность первогс образца:
рг= 70,2 =9,289 г/см3-7,536
плотность второго образца:
р,= 69 =9,156 г/см3 7,536
Учитывая то, что наибольшая разница в концентрациях проб наблюдается по свинцу (А = 1,52 %), имеющего максимальную из всех легирующих элементов плотность (Ррь = 11,4 г/см3), теоретическая плотность второго образца вследствие усиления обратной ликвации свинца должна быть:
(100 +1,52 )х 9,289-1,52x11,4 л , 3
р 2=---- = 9,257 г/см3.
В реальности плотность второго образца получилась ниже расчетной. Данный факт, по всей видимости, связан с увеличением газоусадочной пористости, снижающей плотность сплава в твердом состоянии и наблюдаемой в слитках из оловянистых бронз, полученных ири ьысхких температурах заливки [5].
Такум образом, угаром основных легирующих элементов при литье бронзы Бр.ОСЦН 10-13-2-2, заливаемой с высоких температур, можно пренебречь. При плавке бронзы в тигле из силицированного графита соединения кремния, выделяющиеся на стенках тигля и всплывающие на поверхность расплава в виде вязкой пены, не взаимодействуют с самим расплавом. Плотность бронзы снижается при литье перегретого расплава, что связано с уменьшением концентрации свинца вследствие усиления процесса обратной ликвации, а также с увеличением газоусадочной пористости в отливках.
Список литературы
1. Корчмит A.B. Механические свойства центробежных отливок из Бр. ОСЦН 10-13-2-2 в зависимости от условий литья // Сб. тр. IV Международной научной конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (Оренбург, 15-17 февраля, 2005 г.). -М.: РАЕ, 2005.- С
2. Корчмит А. В. Структура и свойства Бр. ОСЦН 10-13-2-2 при литье в кокиль в зависимости от температуры расплава // Сб. тр. Ill Международной научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века» (Пенза, 28 февраля - 1 марта, 2005 г.). -Пенза: Приволжский Дом знаний, 2005.- С. 11-14.
3. Новиков A.B., Цыпин М.И., Фридман Л.П. К вопросу о ликвационных явлениях в слитках бронзы Бр.ОЦС 4-4-2,5 // Труды ин-та ядерной физики АН Каз. ССР. - 1959. -Т.2. - С. 151-152.
4. Вернер Е.Э. Влияние добавок некоторых элементов на ликвацию свинца высокосвинцовистой бронзы // Сб. докладов «Фасонное литье медных сплавов». - М.: Маш-гиз, 1957. - с. 52-64.
5. Чурсин В.М. Условия получения равнопрочных отливок из медных сплавов //Литейное производство. - 1963. - №7. - С. 6-10.
Алгоритмическое обеспечение самообучающейся адаптивной технплогической системы
Д. И. ПЕТРЕШИН, канд. техн. наук, доцент, БГТУ, г. Брянск
Работа самообучающейся адаптивной технологической системы (CATC) управления параметрами качества обработанной поверхности при механической обработке заключается в получении математической модели, связывающей параметры качества поверхности с условиями обработки, и использовании её для адаптивного управления технологической системой по заданному параметру качества. Исходя из этого система должна иметь в своем составе вычислительное устройство, двунаправленный канал связи с технологической системой, датчики для контроля выходных параметров процесса резания, а также программное и алгоритмическое обеспечение [1]. Таким образом, струк-
турная схема CATC имеет вид, представленный на рис. 1. CATC разрабатывается на базе токарного станка модели 16Ы6 ФЗ с УЧПУ NC200.
В состав системы входят следующие элементы: технологическая система (ТС); датчик (Д), снимающий информацию о текущем значении параметра качества обработанной поверхности; контроллер сопряжения (КС) датчика с ПЭВМ и ПЭВМ с устройством числового программного управления (УЧПУ) типа NC200 (класс PCNC); ПЭВМ, исполняющая роль управляющей системы и содержащая алгоритм работы CATC.
При создании CATC и автоматизированных систем
12|Щ № 1 (30)2006
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ С^Д
управления технологическим оборудованием на базе ПЗВМ и устройств ЧПУ класса РСЫС особое внимание следует уделить алгоритмическому и программному обеспечению системы. Поэтому алгоритм работы и программное обеспечение следует рассматривать как неотъемлемую часть всей системы.
Рис. 1. Структурная схема CATC
Алгоритмическое обеспечение CATC можно условно разделить на две взаимозависимые части: первая относится к алгоритмическому обеспечению аппаратной части CATC и описывает процедуру связи между технологической системой, ПЭВМ и УЧПУ, вторая - к алгоритму самообучения и адаптивному управлению технологической системой по параметрам качества поверхностного слоя.
Для организации обмена информацией между датчиками и ПЭВМ и ПЭВМ с УЧПУ применяется контроллер сопряжения. В состав контроллера входят элементы, гре-образующие аналоговый сигнал с датчиков в цифровсй и передающие его в ПЭВМ. Основным элементом контроллера сопряжения является однокристальная микро-ЭВМ (ОЭВМ) семейства х51, которая функционирует на основе программы, записанной в ее память. Программа реализует алгоритм управления работой АЦП, чтения данньх с АЦП, пвредачи полученных данных в ПЭВМ и резулыша обработки данных от ПЭВМ через контроллер сопряжения в УЧПУ. АЦП входит в состав контроллера сопряжения.
Работа ОЭВМ начинается с инициализации. Инициализация микросхемы осуществляется подачей сигнала «СБРОС» при подключении питания. После завершения инициализации ОЭВМ начинает выполнять основную гро-грамму, которая описывается алгоритмом, представленным на рис. 2. Программа для ОЭВМ реализована на языке программирования Ассемблер.
Вычисленная величина поправки (подачи или скорости резания) передается от ПЭВМ контроллеру и далее в УЧПУ. Связь ПЭВМ с контроллером осуществляется через стандартный интерфейс RS-232, а связь контроллера с УЧПУ NC 200 происходит через модуль дискретных входов-выходов УЧПУ.
Изменение подачи и скорости резания во время обработки на металлорежущих станках с УЧПУ возможно за счет использования корректоров подачи и частоты вращения шпинделя, которые имеются в УЧПУ.
УЧПУ NC200 имеет корректора подачи и частоты вращения ипинделя. Они позволяют оператору во время обработки изменять подачу и частоту вращения шпинделя в диапазоне от 0 до 127 %. Кроме того, УЧПУ предоставляет возможность автоматически вносить коррекцию на величину подачи и частоты вращения шпинделя без участия оператора, т.е. программным способом, в диапазоне от О до 127 % с дискретностью 1 %, от первоначально установленных значений. Для этого необходимо настроить соот-
ветствующим образом программу логики станка, которая позволяет запретить действие корректоров с пульта оператора, т.е. ручное управление ими, и разрешает их действие программным способом от внешнего устройства управления.
Рис. 2. Алгоритм для работы контроллера сопряжения
Программа логики станка реализует следующий алгоритм: запрещает действие корректоров подачи и частоты вращения шпинделя с пульта оператора в режимах работы станка "РУЧНОЙ ВВОД КАДРА", "АВТОМАТ' или ' ШАГ и разрешает их действие от внешнего устройства управления, т.е. от ПЭВМ верхнего уровня программным способом. Алгоритм работы программы логики станка представлен на рис. 3. Программа логики станка написана на языке PLC для УЧПУ NC 200.
Алгоритм самообучения и адаптивного управления технологической системой представлен на рис. 4. Он описывает следующие основные режимы ее работы: 1) ввод и анализ исходных данных; 2) база знаний; 3) обучение; 4) работа.
Режим «Ввод и анализ исходных данных», предназначен для ввода и анализа исходных данных перед началом обработки. К исходным данным относятся: материал обрабатываемых деталей, геометрия инструмента, режимы резания, жесткость технологической системы, параметр качества обработанной поверхности, который необходимо обеспечить, и его требуемое значение. По введенным данным система анализирует, имеется ли в базе знаний соответствующая им математическая модель.
Режим «База знаний» служит для сохранения и накопления информации об обработанных материалах, условиях обработки и соответствующих им полученных математических моделях. Это значит, что для каждого обрабатываемого материала и для каждого из условий обработки в базе знаний имеется своя математическая модель. Если соответствующей математической модели нет, то система автоматически переходит в режим «обучение».
Задачей режима «Обучение» является постановка эксперимента и получение математической модели.
ОБРАБОТКА METAJIJ ЮВ
ТЕХНОЛОГИЯ
( НАЧАЛО )
НАЧАЛО 3
Передача управления корректорами от PLC
Преобразование кода в формат BCD
Управление корректором подачи
Управление корректором частоты вращения шпинделя
( КОНЕЦ )
Рис. 3. Алгоритм работы программы логики станка Для этого на станке обрабатывается пробная деталь -образец. Причем инструмент, его геометрия, материал образца и глубина резания должны быть такие же, как и при обработке последующей партии деталей. Образец разбивается на участки, затем каждый из них автоматически обрабатывается с заданными режимами резания и контролируются параметры качества обработанной поверхности. Контроль параметра качества обработанной поверхности осуществляется в процессе обработки системой автоматически.
Данные о входных и выходных параметрах процесса резания заносятся автоматически в ЭВМ, прсизводится их статистическая обработка и получается, например, математическая модель вида:
П = С05ХУУ, (1)
где П - управляемый параметр качества обработанной поверхности; 5- величина продольной подави, мм/об; V-скорость резания, м/мин; С0, х, у - коэффициенты модели.
Двухфакторная модель используется для управления геометрическими параметрами качества обработанной поверхности, так как остальные входные факторы (материал заготовки, глубина резания, инструмент и т.д.) не оказывают существенного влияния на их формирование и остаются неизменными [2].
Полученная математическая модель и ее данные, т.е. условия обработки, при которых она была получена, и коэффициенты модели, запоминаются в базе знаний и используются в дальнейшем. При изменении инструмента, его геометрии, материала деталей, глубины резания и т.п. необходимо будет спять провести обучение системы.
—О
Рис. 4. Алгоритм самообучения и адаптивного управления ТС
Затем приступают к обработке партии деталей, используя режим «Работа».
Режим «Работа» осуществляет адаптивное управление технологической системой по заданному параметру качества обработанной поверхности. В этом режиме производится грием измерительной информации от контроллера сопряжения, анализ полученной информации и на его основе принимается решение об управлении технологической системой.
Для управления технологической системой по одному из параметров качества поверхности необходимо из математической модели (1) получить закон управления, нагри-мер, вида:
V = const, )
= Sp ± AS J (2)
где V- скорость резания, м/мин; SCK - скорректированное значение подачи, мм/об; Sp - начальное значение подачи, мм/об; AS - поправка на величину подачи, которую необходимо внести в процесс обработки, чтобы параметр качества поверхности достиг требуемого значения или находился в пределах допуска на требуемое значение, рассчитывается по зависимости (3) 1/
AS =
АП
с0 уУ
(3)
где \П - отклонение параметра качества обработанной поверхности от требуемого значения.
Программное обеспечение, реализующее алгоритм самообучения и адаптивного управления технологической системой, написано на языке Builder С++.
14
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Список литературы
1. Суслов А.Г., Петрешин Д.И. Самообучающаяся технологическая система управления качеством обработанной поверхности //Фундаментальные и прикладные
проблемы технологии машиностроения. Материалы МНТК. - Орел, 2003. - с. 76-79.
2. Суслов А.Г., Дальский A.M. Научные основы технологии машиностроения.- М.: Машиностроение, 2002.- 684 с.
Регулируемое термопластическое упрочнение стали 09Г2С с деформацией о межкритическом
интервале температур1
Анализ перспектив применения конструкционных материалов свидетельствует о том, что в обозримом будущем стали останутся основным конструкционным материалом. Естественно, что задачи разработки новых марок сталей и улучшения свойств уже используемых сплавов будут долгое время актуальными. Одно из эффективных решений этих задач может быть связано с формированием в сталях структуры, обладающей важными достоинствами композитов, обусловленными, в частности, явно выраженной анизотропией механических свойств. В первую очередь, речь идет о сочетании высокого уровня прочностных свойств и трещиностойкости сталей, т.е. свойств, определяющих конструктивную прочность многих реальных изделий. В то же время следует отметить, что абсолютное большинство работ, в которых изуча лись структура и свойства гетерофаз-ных сталей, было ориентировано на исследование изотропной структуры. Роль анизотропной гетерофазной структуры в формировании уровня конструктивной прочности стальных изделий машиностроительного производства изучена явно недостаточно. Представленная работа направлена на решение проблем, связанных с формированием анизотропной гетерооазной структуры в сталях доэвтектоидноготипа, повышением уровня их конструктивной прочности.
Одна из основных задач исследования заключалась в разработке процесса регулируемого термопластического упрочнения стали 09Г2С с нагревом в межкритической области температур и получении явно выраженной анизотропной структуры феррито-мартенситного типа. Схема термопластического упрочнения, разработанная под руководством Л.И. Тушинского, предусматривает получение мелкозернистой структуры (на предпоследней стадии горячей прокатки) с дислокационными построениями субзе-ренного типа (на последней стадии прокатки) [1]. Анализ структурных изменений, происходящих в результате прокатки образцов по технологии регулируемого термопластического упрочнения, отражен на рис. 1.
С учетом результатов проведенных исследований была предложена следующая схема реализации процесса регулируемого термопластического упрочнения стали 09Г2С (рис. 2). Температура нагрева стали в межкритическом интервале температур составляет 790 С. Степень предварительного обжатия, обеспечивающего формирование структуры слоистого типа и развитие рекристаллизацион-ных процессов, равна 60 %. Сохранение мелкозернистой структуры и высокого комплекса механических свойств за-
З.Б. БАТАЕВА, доцент, канд. техн. наук, НГАВТ, И.А. БАТАЕВ, студент, НГТУ, г. Новосибирск
каленной стали обеспечивается в течение времени после-деформационной паузы 11 = 1...5 с.
►ч
Рис.1. Схема структурных изменений, обусловленных пластической деформацией стали 09Г2С при нагреве в межкршической области температур
Рис. 2. Схема процесса регулируемого термопластического упрочнения стали 09Г2С с деформацией в межкритической области температур
Оптимальная степень окончательной деформации составляет 15 %. С целью сохранения дислокационной структуры и ее наследования мартенситом вторая последеформационная выдержка должна быть минимальной (ЦсГ 1с). Поэтому сразу же после прокатки со степенью е2 осуществляется закалка стали.
На рис. 3 показаны три схемы, отражающие влияние размера зерна а/стенита и его дислокационной субструк-
Статья подготовлена по результатам исследований по проекту 2005-РИ-16.0/024/023 в рамках ФЦНТП м
15
