Измерительно-управляющая система термокомпрессионного оборудования с регламентированными температурно-скоростными параметрами деформирования

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.

1. Братухин 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.

2. 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.

3. Алиева Л. И. Образование дефектов в процессах холодного выдавливания // Вестник Херсонского национального технического университета. 2016. № 4(59). С. 18–27.

4. 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.

5. 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.

6. 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/PMTF20160219

7. Готлиб Б. М., Вакалюк А. А. Изотермическая штамповка изделий в условиях близких к сверхпластичности // Современные наукоёмкие технологии. 2019. № 4. С. 9–13.

8. 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.

9. 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/rsfvdf

10. Смирнов О. М. Перспективные процессы формовки сверхпластичных материалов // Металлург. 2010. № 8. С. 29–33.

11. Галкин В. И. Закономерности компактирования и технология производства полых изделий из волокнистых композиционных материалов на металлической основе: дисс. докт. техн. наук, Москва (МАТИ), 1996.

12. 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.

13. Авиационные материалы. Справочник. В 9 томах. Т. 2. Коррозионные и жаростойкие стали и сплавы. М.: ОНТИ ВИАМ, 1975. 372 с.

14. Жаров М. В. Информационно-измерительная система для управления производственным процессом на термокомпрессионном технологическом оборудовании // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2018. № 63. C. 116–121.

15. Жаров М. В. О возможности уточнения режимов штамповки авиапанелей в изотермическом и сверхпластическом состояниях // Технология лёгких сплавов. 2018. № 4. С. 120–126.

16. Петров А. П., Паршиков А. Н., Жаров М. В. Особенности образования дефектов при изотермической штамповке оребренных изделий // Цветные металлы. 2003. № 5. С. 66–70.

17. Петров А. П., Жаров М. В. Программное обеспечение для автоматизации изотермической штамповки с применением термокомпрессионной установки // Технология машиностроения. 2008. № 8. С. 52–54.

18. 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.2017.8230055

19. Prasad 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.2017.8245107

20. He Sh., Chunjiang Q., Yunlei Z., American Control Conference (ACC), 2020, pp. 3653–3658. https://doi.org/10.23919/ACC45564.2020.9147452

21. Шевцов Д. А., Полетаев А. С. Многофазные широтноимпульсные модуляторы для устройств с многоканальным принципом преобразования электроэнергии // Вестник МАИ. 2018. № 1. C.180–189.

22. 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.22.313-320