WSPOMAGANIE PROCESU ODLEWANIA CIŚNIENIOWEGO

Transkrypt

1 24/17 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2005, Rocznik 5, Nr 17 Archives of Foundry Year 2005, Volume 5, Book 17 PAN - Katowice PL ISSN WSPOMAGANIE PROCESU ODLEWANIA CIŚNIENIOWEGO Z. NIEDŹWIEDZKI 1, Z. GAWROŃSKI 2, P. KULA 3 Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Łódzka Łódź, ul. Stefanowskiego 1 STRESZCZENIE W pracy przedstawiono system umożliwiający analizę wielkości symulacyjnych i rzeczywistych procesu wykonywania odlewów w formach ciśnieniowych. System wspomaga kontrolę procesu technologicznego, ułatwiając eksploatację stanowiska odlewania ciśnieniowego i jego organizację. Efektem jego zastosowania będzie zwiększenie dokładności wykonania odlewów oraz trwałości form ciśnieniowych. Key words: pressure die casting, casting die. 1. WSTĘP Warunki silnej konkurencji między producentami odlewów ciśnieniowych wymagają ciągłego doskonalenia produktu, obniżania kosztu jego wytwarzania, szybkiego i elastycznego reagowania na nowe zamówienia. Sprostanie konkurencyjności wymaga szybkiego projektowania i wytwarzania form ciśnieniowych o zwiększonej trwałości eksploatacyjnej. Rozwiązanie tego problemu ułatwiają specjalistyczne programy komputerowe oraz odpowiednie systemy wytwórcze koordynujące problemy badawcze, projektowe, wykonawcze, technologiczne i organizacyjne. Przedstawiony w pracy system umożliwia między innymi gromadzenie, przechowywanie i udostępnianie niezbędnych 1 Dr hab. inż. Zenon Niedźwiedzki prof. PŁ p.lodz.pl 2 Dr hab. inż. Zbigniew Gawroński prof. PŁ 3 Prof. dr hab. inż. Piotr Kula 203

2 wielkości związanych z realizacją procesu wytwarzania odlewów ciśnieniowych. System ma również cechy informacyjno decyzyjne i ekspertowe. Zlecenie ogólne wykonania odlewu ciśnieniowego realizowane jest po opracowaniu rysunku surowego odlewu, opracowaniu projektu formy, wykonaniu analizy wyników dynamicznego wytężenia materiału formy ciśnieniowej podczas zalewania ciekłym stopem aluminium i krystalizacji z uwzględnieniem trójwymiarowych cech geometrycznych. Symulacja procesu wykonania odlewu ciśnieniowego zrealizowana jest w oparciu o standardowe pakiety CFX Fluent i ANSYS. Wyniki symulacji umożliwiają wizualizację wypełniania wnęki formy ciśnieniowej, pól prędkości, temperatury i ciśnienia stopu oraz pól temperatury, naprężeń i deformacji formy. Weryfikację wyników symulacji w okresie wstępnym opracowywania programów systemu przeprowadzano na stanowisku odlewania ciśnieniowego w warunkach produkcyjnych [2]. Obróbka cieplna badanych form ciśnieniowych z reguły obejmowała hartowanie oraz dwu, niekiedy trzykrotne odpuszczanie [3]. Proces kształtowania mikrostruktury materiału formy ciśnieniowej odbywał się poprzez obróbkę cieplną, która przeprowadzona była w piecu próżniowym, a następnie formy poddawano azotowaniu próżniowemu NITROVAC. Po takiej obróbce warstwa wierzchnia składała się ze strefy azotowania wewnętrznego bez kruchej warstwy azotków. Do wytworzenia na powierzchni roboczej formy ciśnieniowej cienkich i twardych warstw azotków, węglików, borków lub ich kompozycji stosowano metody CVD i PVD [1]. Następnie badano pasma rozkładów naprężeń własnych metodą Waismana-Philipsa, które weryfikowano metodą dyfraktometryczną sin 2. Uzyskane w ten sposób wyniki stanowiły bazę do modelowania numerycznego naprężeń w materiale warstw przypowierzchniowych roboczej części formy ciśnieniowej. Opracowane programy dotyczące superpozycji naprężeń w materiale formy pochodzących od obciążeń eksploatacyjnych, technologicznych oraz wytworzonych warstw azotowanych, bądź warstw typu dupleks pozwalają na uzyskanie najodpowiedniejszego stanu przed eksploatacyjnego naprężeń w materiale formy ciśnieniowej. Gromadzone systemowo wielkości ogólne oraz uzyskiwane z symulacji procesu, eksploatacji, jakości produkowanych odlewów oraz wspomagania analizy służą do wypracowania działań zwiększających jakość odlewów i trwałość form ciśnieniowych. Zadanie to jest podstawową właściwością omawianego systemu. 2. SPECYFIKACJA ZEWNĘTRZNA Uprawnienia do posługiwania się systemem przydziela moduł administracja. Zawiera on nazwiska i profile użytkowników, zbiór maszyn oraz właściwości związane z archiwizowaniem zbiorów i logowaniem się do systemu. Główne moduły systemu dotyczą: odlewu ciśnieniowego, projektowania formy ciśnieniowej, eksploatacji formy ciśnieniowej, kontroli jakości odlewu oraz wspomagania analizy do wypracowania działań zwiększających jakość odlewów i trwałość form ciśnieniowych. 204

3 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Moduł odlewu ciśnieniowego zbiera i generuje informacje związane ze zleceniem ogólnym, a w szczególności: kartę technologiczną odlewu oraz charakterystykę odlewu i formy. Moduł projektowania formy ciśnieniowej zbiera i generuje informacje związane z rodzajem stopu, ustawieniem maszyny ciśnieniowej, warunkami eksploatacji formy jej stanu, parametrami pracy, wytycznymi do konstrukcji odlewu oraz formy ciśnieniowej. Zawiera on również rezultaty symulacji komputerowej procesu wykonania odlewu i obciążenia form, a w szczególności wyznaczone obszary ekstremalnych wartości prędkości przepływu stopu, ciśnienia oraz temperatury. Ponadto zawarte są w nim obszary formy ciśnieniowej obciążone największym naprężeniem, deformacją oraz temperaturą. Moduł eksploatacji formy ciśnieniowej, zbiera i generuje informacje związane z warunkami otoczenia, stanem stopu w piecu, stanem urządzeń pomocniczych (robomatu), między innymi numerem program obsługi, temperaturą zalewania stopu oraz obsługuję kartę formy. Moduł kontroli jakości odlewu zbiera i generuje informacje związane z: - jakością powierzchni odlewu ciśnieniowego, - wadami nieciągłości, - wadami wewnętrznymi oraz wadami kształtu, - wadami odlewów dopuszczalnych bez naprawy, - wadami odlewów dopuszczalnymi usuwalnymi, - wadami odlewów dopuszczalnymi z naprawą Zbiera on również informacje odnośnie warunków odbioru wewnętrznego i zewnętrznego odlewu. Moduł ten obsługuję kartę wad odlewu oraz kartę rejestracji temperatury w piecach podgrzewczych. Moduł wspomagania analizy do wypracowania działań zwiększających jakość odlewów i trwałość form ciśnieniowych posiada zdolność filtrowania wieloaspektowego historii zarejestrowanych zleceń ogólnych i szczegółowych. Służy również wskazówkami w zakresie rozwiązania zaistniałego problemu dotyczącego konstrukcji odlewu, formy, eksploatacji maszyny ciśnieniowej oraz stanowiska wykonywania odlewów. 3. WŁAŚCIWOŚCI SYSTEMU Podstawową właściwością systemu jest analiza i gromadzenie danych dotyczących procesu technologicznego formy, wielkości eksploatacyjnych formy, stanowiska oraz właściwości otrzymanych odlewów. Tworzona historia procesu ciśnieniowego odlewania służy do wypracowania działań związanymi z pracami konstrukcyjnymi i technologicznymi oraz eksploatacyjnymi w następnym okresie produkcji odlewów. Zlecenie ogólne zawiera informacje dotyczące daty otwarcia i zamknięcia zlecenia ogólnego, klienta, numeru rysunku, nazwy odlewu oraz przyciski do obsługi tego rekordu, a w szczególności przycisk do otwarcia zlecenia szczegółowego. 205

4 Zlecenie szczegółowe zawiera również datę otwarcia i zamknięcia zlecenia szczegółowego, a ponadto identyfikator maszyny ciśnieniowej oraz formy. Zlecenie szczegółowe opisuje zatem obiekt złożony ze stanowiska przygotowania ciekłego stopu oraz stanowiska wykonania odlewu i jego kontroli właściwości. Odlew wytwarzany na innym stanowisku jest opisany innym zleceniem szczegółowym. Zakończenie zlecenia szczegółowego wymuszone awarią urządzenia (pieców, robota, maszyny lub formy) lub zmianą któregoś z elementów wyposażenia implikuje w przypadku kontynuacji produkcji tego samego odlewu otwarciem nowego zlecenia szczegółowego na ten odlew. Analiza systemowa w pierwszej kolejności dotyczy zakończonych zleceń szczegółowych, a następnie, jeśli są ku temu możliwości wykonywana jest analiza dotycząca zlecenia ogólnego. Zamknięcie wszystkich zleceń szczegółowych umożliwia zamknięcie zlecenia ogólnego i jego archiwizowanie. Edycja zlecenia szczegółowego powoduje systemowo wygenerowanie wielkości utworzonych przy jego otwarciu oraz zapisanie: - ustawienia maszyny-parametry, ustawienia maszyny czas cyklu, - temperatury, smarowania, uwag, nazwy urządzenia pomocniczego, wielkości kontrolowanych, kontroli jakości, polecenia wydruku karty rejestracji temperatury i karty wad odlewu oraz uaktywnienie pola ekspert. Okno otwarcia nowego zlecenia szczegółowego przedstawiono na rys. 1. Rys. 1. Okno zlecenia szczegółowego Fig. 1. Detailed order window 206

5 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Na rys. 2. przedstawiono okno zlecenia szczegółowego z otwartym oknem kontroli jakości. Rys. 2. Okno zlecenia szczegółowego z otwartym oknem kontroli jakości. Fig. 2. Detailed order window with opened quality window. Otwarcie ekranu wielkości kontrolowanych, umożliwia analizę warunków otoczenia, temperatury stopu oraz zabiegów, jakim on został poddany. Filtrowanie wielkości jest możliwe dla określonych przedziałów czasowych oraz rodzajów maszyn. Opcja przegląd formy umożliwia ewidencję opisu eksploatacji i planowanych przeglądów formy z personalną identyfikacją rejestrowanych wielkości. Programy zostały wykonane dla WIFAMY-PREXER w technologii intranetowej w oparciu o ASP (Active Server Page) i SQL- bazę danych. 4. PODSUMOWANIE Opracowany system wspomagania procesu odlewania ciśnieniowego umożliwia obsługę dowolnej wielkości odlewni ciśnieniowej. Umożliwia gromadzenie, przechowywanie, udostępnianie i analizę danych na każdym etapie procesu wytwarzania odlewów ciśnieniowych. System umożliwia analizę wielkości uzyskanych z symulacji komputerowej z danymi uzyskanymi w czasie wykonywania odlewów. Cechy systemu umożliwiają zaplanowaną realizację eksploatacji form na wszystkich stanowiskach odlewania ciśnieniowego. Elastyczność systemu pozwala administratorowi na łatwe dostosowanie się do zmiany warunków organizacyjnych i technicznych bez utraty podstawowych zadań mających na celu uzyskanie wymaganej dokładności wykonania odlewu oraz dużej trwałości form ciśnieniowych. 207

6 LITERATURA [1] Gawroński Z., Łukasiewicz R.: "Metoda zwiększenia trwałości matryc form wtryskowych do ciśnieniowego odlewania stopów aluminium. Mechanik nr 12/2002, [2] Niedźwiedzki Z., Gawroński Z., Łukasiewicz R.: Zmiana ciśnienia wypełniania wnęki formy ciśnieniowej. Archiwum Odlewnictwa PAN. Rocznik 4. Nr 12, (2004) [3] Kula P., Niedźwiedzki Z., Gawroński Z.: Analiza pól temperaturowych hartowanego materiału. Archiwum Odlewnictwa PAN. Rocznik 4. Nr 12, (2004) SUMARY ASSISTANCE OF PRESSURE-CAST PROCESS This is a report of system which enable to analyze simulation and real values of cast process in a pressure-forms. The system assists to control technological process, helping exploatation of pressure-cast stand and its organization. An increase of cast made accuracy and durability of pressure-forms will be the effect of the implementation of this system. Recenzował: prof. dr hab. inż. Andrzej Białobrzeski 208