izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2022-12-46-51izmertech-1677Research ArticleЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯELECTROMAGNETIC MEASUREMENTSИзмерительно-управляющая система термокомпрессионного оборудования с регламентированными температурно-скоростными параметрами деформированияMeasuring and control system of thermocompression equipment with regulated temperature and speed parameters of deformationhttps://orcid.org/0000-0002-2962-0452ЖаровМ. В.ZharovM. V.

Максим Владимирович Жаров

Москва

Maxim V. Zharov

Moscow

MaximZharov@mail.ruМосковский авиационный институт (национальный исследовательский университет)РоссияMoscow Aviation Institute (National Research University)Russian Federation2022310520230124651Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1677

Рассмотрены проблемы, возникающие при использовании автоматизированной системы управления работой термокомпрессионного деформационного оборудования. Автоматизированная система предназначена для контроля течения металла при формировании геометрически сложных изделий в условиях изотермической штамповки и штамповки в состоянии сверхпластичности. К выявленным проблемам относятся несоблюдение температурно-скоростных параметров деформирования, инерционность системы, сложность переналадки системы при изготовлении деталей из разных материалов или переходе на другое оборудование. Для преодоления инерционности системы предложено использовать цифровые экстраполяционные алгоритмы, основанные на экспериментальных значениях фактических характеристик хода рабочих органов установки при воздействии тока в зависимости от его силы и длительности воздействия, и применять широтно-импульсную модуляцию для управления подачей тока на нагревательные элементы. Внесены изменения в аппаратную часть автоматического блока управления установки и в прикладную управляющую программу TermoControl 3.1 Alpha. Разработана версия программы TermoControl 3.7 Alpha, которая обеспечивает высокую точность соблюдения температурно-скоростных параметров штамповки: отклонение от заданных параметров нагрева (погрешность) не более 2–4 °С; погрешность скорости деформирования не более 0,1·10–3 мм/с. Создана обширная база данных режимов нагрева, выдержки и охлаждения, основанная на результатах прогнозирования хода для термокомпрессионного оборудования различных типов и моделей. Применение усовершенствованной автоматизированной системы управления позволило достичь отклонений от заданных режимов нагрева и деформирования, не выходящих за пределы статистической погрешности.

The problems that arise when using an automated control system for the operation of thermocompression deformation equipment are considered. The automated system under consideration is designed to control the nature of the metal flow during the formation of geometrically complex products under conditions of isothermal forging and forging in a state of superplasticity. The identified problems include non-compliance with the temperature and speed parameters of deformation, the inertia of the system, the complexity of reconfiguring the system in the manufacture of parts from different materials, when switching to the use of other equipment. To overcome the inertia of the system, it is proposed to use digital extropolation algorithms based on the experimental recording of the actual characteristics of the stroke of the operating elements of the installation when exposed to current, depending on its strength and duration of exposure, and the use of modulo-width modulation to control the current supply to the heating elements. Changes have been made to the hardware of the automatic control unit and to the TermoControl 3.1 Alpha application program. As a result of the research, a new improved version of the TermoControl 3.7 Alpha program was created, which ensures high accuracy in observing the temperature and speed parameters of stamping: deviation from the specified heating parameters (error) is up to 2–4 °С; deformation rate error – up to 0.1·10–3 mm/s. As a result of the work carried out, an extensive database of heating, holding, and cooling modes was created, based on the results of predicting the course for thermocompression equipment of various types and models. The results obtained made it possible to achieve that deviations from the specified modes of heating and deformation when using an improved automated control system fi t within the framework of the usual statistical error.

термическое линейное расширениеуправляющий сигналавтоматизированная систематермокомпрессионная обработкатермоупругий прессскорость деформированиятемпературно-скоростные параметрыдефекты формыутяжинаскладкатемпература нагревакачествоthermal linear expansioncontrol signalautomated systemthermocompression processingthermocompression pressdeformation ratetemperature-speed parametersshape defectssinkcreaseheating temperaturesystem inertiaReferencesБратухин А. Г., Иванов Ю. Л., Марьин Б. Н. и др. Современные технологии авиастроения / Под ред. А. Г Братухина, Ю. Л. Иванова. М.: Машиностроение, 1999. 832 с.Bratuhin A. G., Ivanov Yu. L., Mar’in B. N. еt. al., Sovremennye tekhnologii aviastroeniya [Modern technologies of aircraft construction], Moscow, Mashinostroenie Publ., 1999, 832 p. (In Russ.)Галкин В. И., Головкина М.Г., Палтиевич А. Р. Прогнозирование распределения механических свойств по объему полуфабрикатов в зависимости от технологических параметров процесса горячей обработки металлов давлением // Металлы. 2017. № 5. С. 96–103.Galkin V. I., Golovkina M. G., Paltievich A. R., Russian metallurgy (Metally), 2017, no. 9, pp. 764–770. https://doi.org/10.1134/S0036029517090051Алиева Л. И. Образование дефектов в процессах холодного выдавливания // Вестник Херсонского национального технического университета. 2016. № 4(59). С. 18–27.Alieva L. I., Forming of defect parts in cold extrusion processes, Vestnik Hersonskogo nacional’nogo tekhnicheskogo universiteta, 2016, no. 4(59), pp. 18–27. (In Russ.)Галкин В. И., Палтиевич А. Р., Шелест А. Е. Моделирование и оценка причин возникновения дефектов в процессе изотермической штамповки оребренных панелей из алюминиевых сплавов // Вестник МАИ. 2017. Т. 24. № 3. С. 170–178.Galkin V. I., Paltievich A. R., Shelest A. E., Modeling and evaluation of defects occurrence reasons while isothermal punching of ribbed panels from aluminum alloys, Aerospace MAI Journal, 2017, vol. 24, no. 3. pp. 170–178. (In Russ.)Галкин В. И., Васильев В. А., Палтиевич А. Р., Борунова Т. И., Шелест А. Е. К вопросу о возможности управления процессом изотермической штамповки бездефектных оребренных панелей из сплава 1420 // Технология лёгких сплавов. 2017. № 1. С. 84–90.Galkin V. I., Vasil’ev V. A., Paltievich A. R., Borunova T. I., The possibility of managing the process of isothermal forging freedefect ribbed panels of 01420 alloy, Technology of Light Alloys, 2017, no. 1, pp. 84–90. (In Russ.)Китаева Д. А., Пазылов Ш. Т., Рудаев Я. И. Температурноскоростное деформирование алюминиевых сплавов // Прикладная механика и техническая физика. 2016. Т. 57. № 2. С. 182–189. https://doi.org/10.15372/PMTF20160219Kitaeva D. A., Pazylov Sh. T., Rudaev Ya. I., Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2016, vol. 57, no. 2, pp. 352–358. https://doi.org/10.1134/S002189441602019XГотлиб Б. М., Вакалюк А. А. Изотермическая штамповка изделий в условиях близких к сверхпластичности // Современные наукоёмкие технологии. 2019. № 4. С. 9–13.Gotlib B. M., Vakalyuk A. A., Isothermal die forging in superplasticify conditions, Modern High Technologies, 2019, no. 4, pp. 9–13. (In Russ.)Галкин В. И. Конечно-элементный анализ. Возможности и перспективы применения при решении задач обработки металлов давлением / Сборник научных трудов «Современные технологии обработки металлов и сплавов». М.: МАТИ: ИНФРА-М, 2015. C. 112–140.Galkin V. I., Konechno-elementnyj analiz. Vozmozhnosti i perspektivy primeneniya pri reshenii zadach obrabotki metallov davleniem, Collection of scientifi c papers “Sovremennye tekhnologii obrabotki metallov i splavov”, Moscow, INFRA-M Publ., 2015, pp. 112–140. (In Russ.)Изаков И. А., Капитаненко Д. В., Сидоров С. А., Чеботарева Е. С. Нагревательные установки для изотермического деформирования. Часть 1. Типы установок // Кузнечноштамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2019. № 3. С. 23–32. https://www.elibrary.ru/rsfvdfIzakov I. A., Kapitanenko D. V., Sidorov S. A., Chebotareva E. S., Heat systems used for isothermal forging. Part 1. Types. Forging and stamping production, Processing of materials by pressure, 2019, no. 3, pp. 23–32. (In Russ.)Смирнов О. М. Перспективные процессы формовки сверхпластичных материалов // Металлург. 2010. № 8. С. 29–33.Smirnov O. M., Metallurgist, 2010, vol. 54, no. 8, pp. 491– 497. https://doi.org/10.1007/s11015-010-9329-7Галкин В. И. Закономерности компактирования и технология производства полых изделий из волокнистых композиционных материалов на металлической основе: дисс. докт. техн. наук, Москва (МАТИ), 1996.Galkin V. I., Doctoral dissertation technical sciences, Moscow (MATI), 1996. (In Russ.)Баженов М. Г., Галкин В. И., Жаров М. В., Зверлов Б. В., Лисов А. А., Орлов Л. С. Автоматизированная система управления термокомпрессионной установкой // Измерительная техника. 2003. № 1. С. 37–38.Bazhenov M. G., Galkin V. I., Zharov M. V., Zverlov B. V., Lisov A. A., Orlov L. S., Meаsurement Techniques, 2003, vol. 46, no. 1, pp. 56–58. https://doi.org/10.1023/A:1023465623044Авиационные материалы. Справочник. В 9 томах. Т. 2. Коррозионные и жаростойкие стали и сплавы. М.: ОНТИ ВИАМ, 1975. 372 с.Aviacionnye materialy [Aviation materials], Guide in 9 volumes, vol. 2, Moscow, ONTI VIAM Publ., 1975, 372 p. (In Russ.)Жаров М. В. Информационно-измерительная система для управления производственным процессом на термокомпрессионном технологическом оборудовании // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2018. № 63. C. 116–121.Zharov M. V., Information measuring system to control production process with thermal compressive processing equipment, Vestnik of Ryazan State Radio Engineering University, 2018, no. 63, pp. 116–121. (In Russ.)Жаров М. В. О возможности уточнения режимов штамповки авиапанелей в изотермическом и сверхпластическом состояниях // Технология лёгких сплавов. 2018. № 4. С. 120–126.Zharov M. V., On closer defi nition of forging conditions of aviation-purposed panels in case of isothermal forging and forging of metals in the superplastic state, Technology of Light Alloys, 2018, no. 4, pp. 120–126. (In Russ.)Петров А. П., Паршиков А. Н., Жаров М. В. Особенности образования дефектов при изотермической штамповке оребренных изделий // Цветные металлы. 2003. № 5. С. 66–70.Petrov A. P., Parshikov A. N., Zharov M. V., Osobennosti obrazovaniya defektov pri izotermicheskoj shtampovke orebrennyh izdelij, Tcvetnye metally, 2003, no. 5, pp. 66–70. (In Russ.)Петров А. П., Жаров М. В. Программное обеспечение для автоматизации изотермической штамповки с применением термокомпрессионной установки // Технология машиностроения. 2008. № 8. С. 52–54.Petrov A. P., Zharov M. V., Software for automatization of the isothermal pressure forming using thermocom-pressor, Tekhnologiya mashinostroeniy, 2008, no. 8, pp. 52–54. (In Russ.)Rao J. V., Mahesh A., 2017 International Conference on Computing, Communication and Automation (ICCCA), Greater Noida, 2017, pp. 1578–1583. https://doi.org/10.1109/CCAA.2017.8230055Rao J. V., Mahesh A., 2017 International Conference on Computing, Communication and Automation (ICCCA), Greater Noida, 2017, pp. 1578–1583. https://doi.org/10.1109/CCAA.2017.8230055Prasad K. N. V., Parimita Р., Pradhan P., Misra B. and Surekha J., 2017 Innovations in Power and Advanced Computing Technologies (i-PACT), Vellore, 2017, pp. 1–6. https://doi.org/10.1109/IPACT.2017.8245107Prasad K. N. V., Parimita Р., Pradhan P., Misra B. and Surekha J., 2017 Innovations in Power and Advanced Computing Technologies (i-PACT), Vellore, 2017, pp. 1–6. https://doi.org/10.1109/IPACT.2017.8245107He Sh., Chunjiang Q., Yunlei Z., American Control Conference (ACC), 2020, pp. 3653–3658. https://doi.org/10.23919/ACC45564.2020.9147452He Sh., Chunjiang Q., Yunlei Z., American Control Conference (ACC), 2020, pp. 3653–3658. https://doi.org/10.23919/ACC45564.2020.9147452Шевцов Д. А., Полетаев А. С. Многофазные широтноимпульсные модуляторы для устройств с многоканальным принципом преобразования электроэнергии // Вестник МАИ. 2018. № 1. C.180–189.Shevcov D. A., Poletaev A. S., Multiphase pulse-width modulators for devices with a multichannel principle of electric power conversion, Ae rospace MAI Journal, 2018, vol. 25, no. 1, pp. 180–189. (In Russ.)Лурье М. С., Лурье О. М., Фролов А. С. Исследование динамических режимов систем стабилизации тока мощных электромагнитов широтно-импульсной модуляцией // Мехатроника, автоматизация, управление. 2021. Т. 22. № 6. С. 313–320. https://doi.org/10.17587/mau.22.313-320Lur’e M. S., Lur’e O. M., Frolov A. S., Study of dynamic modes of current stabilization systems of powerful electromagnets with pulse-width modulation, Mekhatronika, avtomatizaciya, upravlenie, 2021, vol. 22, no. 6, pp. 313–320. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau.22.313-320

The authors declare that there are no conflicts of interest present.