Аналогичные данные были получены при изготовлении с УЗО слитков ряда магниевых сплавов. Применение технологии УЗО при кристаллизации слитков магниевых сплавов с неодимом и иттрием (сплавы ВМД7, ВМД9) в значительной мере влияет на измельчение литого зерна, а также интерметаллидных фаз [5].

При ультразвуковой обработке заметно меняется форма избьтточной фазы; интерме-таллиды наряду с уменьшением их основных размеров приобретают правильную геометрическую форму.

Одним из существенных преимуществ ультразвукового воздействия на расплав является независимость эффекта дезактивации примесей в жидкой ванне слитка от предьщущего перегрева металла. Эта особенность УЗО позволяет осуществлять заливку

при более высоких температурах, что при литье слитков с повышенным содержанием тугоплавкого компонента необходимо для получения однородного жидкого раствора. При этом важно, что литье с УЗО при высоких температурах не приводит к потере активных зародышей кристаллизации. Так, при литье слитков, диаметром 65 - 285 мм из сплавов 1960, В96Ц-1 и других сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu с 0,15 - 0,18 % Zr при повышенных температурах литья (720 - 800 °С) всегда удается получить недендритную структуру слитка без алюминидов.

Проведенные исследования по влиянию ультразвуковой кавитации на процесс образования и роста интерметаллидов позволяют считать этот метод перспективным в технологии легких сплавов.

Цстпр слитка

Периферия слитка

Центр слитка

Периферия слитка

Рис. 10.9. Механические свойства по сечению отоженных крупногабаритных слитков диаметром 830 мм из сплава типа 1161 при 20 °С: 1 - литье с УЗО; 2 - литье без УЗО

Измельчение размеров литого зерна и дендритной ячейки и особенно формирование недендритной структуры слитка непрерьшного литья с размером зерна, приближающегося к размеру дендритной ячейки, соответствующей данной скорости кристаллизации, дает возможность управлять структурой и свойствами деформированных полуфабрикатов самого различного вида. Однако переход именно на недендритную структуру слитка резко поднимает запас пластичности при комнатной температуре (рис. 10.9) и в температурном интервале деформации (рис. 10.10), что заметно сказывается на снижении трещинообразования при литье крупногабаритных слитков из высокопрочных алюминиевых сплавов и облегчает процесс их горячей деформации.

О 20 200 250 J00 J50 Ш Т*С

Рис. 10.10. Приведенная ударная вязкость

(КСи /0 2 крупногабаритных слитков

диаметром 830 мм, определенная на 1/2 радиуса в интервале температур горячей пластической деформации:

1 - цдя сплава типа 1973 с недендритной структурой (литье с УЗО); 2 - для сплава В95пч с деддридной структурой (литье без УЗО)

Недендритная структура не меняет прочностных свойств слитков, но повышает их пластичность в литом и горячедеформирован-ном состоянии. Повьппение пластичности в литом состоянии дает возможность увеличить сечение слитков высокопрочных сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu без образования трещин. Так, максимальный размер круглых слитков типа В95пч можно увеличить с 830 до 960 мм.

Измельчение структуры плоских и круглых слитков магниевых сплавов в результате УЗО [5] также повышает качество прессованных, катаных и штампованных изделий.

10.5. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ в ПРОЦЕССАХ литья

Опьгг промьшшенного применения УЗО в производстве легких сплавов позволяет указать наиболее рациональные сферы применения этого прогрессивного процесса в заготовительном (непрерывном) и фасонном литье.

Ультразвуковые методы рафинирования (дегазация, фильтрация) должны применяться в случае повышенных требований к чистоте легких сплавов по неметаллическим примесям и, в частности, в производстве свариваемых сплавов системы Al-Mg, где существует прямая связь между количеством водорода и оксидов и качеством сварных швов.

Технология ультразвукового рафинирования имеет ряд преимуществ и при производстве легких сплавов, содержащих летучие компоненты (система Al-Zn-Mg-Cu и др.), так как применение другого эффективного метода рафинирования в вакууме ограничено. Целесообразно широкое применение технологии ультразвукового рафинирования при получении фасонных отливок из высокопрочных алюминиевых и магниевых сплавов, детали из которых работают при значительных статических и динамических нагрузках. Комплексное рафинирование расплава от водорода и оксидов позволяет благодаря УЗО значитеш,но повысить жидкотекучесть.

Технология УЗО кристаллизующегося расплава с формированием в отливке (слитке) измельченного недендритного зерна - основное направление в металлургии легких сплавов. Использование акустической кавитации как средства вовлечения в работу затвердевания потенциальных зародьппей кристаллизации в виде несмачиваемых твердых примесей и модификаторов, а также изменения градиента температуры в жидком металле перед фронтом кристаллизации обеспечивает в большинстве промьппленных легких сплавов с модификаторами зародьппевого действия получение предельной степени измельчения литого зерна.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Эскин Г. И. Ультразвуковая обработка расплавленного алюминия. 2-е изд., пер. и доп. М.: Металлургия, 1988. 232 с.

2. Макаров Г.С. Рафинирование алюминиевых сплавов газами. М.: Металлургия, 1983. 118 с.

3. Rafmaeja ultradzwiekami odlewniczego stopu aluminium AK9 / Z. Bonderek ef al Przeglad odlewnictwa. 1981. >fe 7. S. 229 - 232.

4. Добаткин B:H., Эскин Г.И. Литье с применением ультразвуковой обработки расплава, в справ. Специальные способы литья , М.: Машиностроение, 1991, С. 448 - 489.

5. Эскин Г.И. Закономерности влияния ультразвуковой обработки расплава на структуру и свойства сплавов и полуфабрикатов из магниевых сплавов, в кн. Технология обработки легких и специальных сплавов , М.: Металлургия, 1994, С. 136 - 148.

Глава 11

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

11.1. КЛАССИФИКАЦИЯ САПР ТП ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Различают три основных уровня (разновидности) систем автоматизированного проектирования технологических процессов литейного производства (САПР ТП ЛП).

Первый уровень САПР ТП ЛП базируется на принятии типовых проектных решений или использовании данных о групповых технологических и единичных технологических процессах-аналогах. К этому уровню относятся информащюнно-поисковые системы технологического назначения (ИПС ТН), т.е. комплекс методов и средств подготовки, хранения, поиска и выдачи информации, необходимой для разработки технологических процессов литья.

Второй уровень САПР ТП ЛП основан на математическом моделировании процессов формирования отливок с учетом их теплофизических и технологических особенностей. Моделирование производится обычно в несколько этапов. По результатам каждого из них технолог корректирует исходный вариант, приближаясь таким образом к оптимальному решению. Автоматизированное математическое моделирование заменяет производственное опробование и доводку вариантов процесса, значительно снижая трудоемкость, уменьшая расход материалов и энергии и сокращая сроки технологической подготовки производства.

Для третьего уровня САПР ТП ЛП характерна оптимизация проектных решений на

ИНФОРМАЦИОННО-ПОИСКОВЫЕ СИСТЕМЫ ПРОЦЕССОВ ЛИТЬЯ

стадии автоматизированного проектирования с целью обеспечения высоких технико-экономических показателей технологического процесса. В отличие от второго уровня САПР ТП ЛП, выполняющей решение задач анализа процессов формирования отливок, на третьем уровне решаются задачи синтеза технологических процессов.

Указанные три уровня САПР ТП ЛП в определенной степени характеризуют развитие систем автоматизированного проектирования. Вместе с тем эти уровни могут быть объединены в единую интегрированную систему.

Применение САПР ТП в литейном производстве способствует повышению качества отливок, уменьшению затрат и сокращению сроков разработки и освоения в производстве новых технологических процессов. Это достигается за счет систематизации и совершенствования процессов проектирования на основе применения эффективных математических методов и моделей и средств вычислительной техники, использования методов многовариантного проектирования и оптимизации, замены трудоемких натурных испытаний математическим моделированием.

11.2. ИЦФОРМАЦИОННО-ПОИСКОВЫЕ СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЛИТЬЯ

Необходимость использования ицформа-ционно-поисковых систем (ИПС) связана с информационной потребностью (ИП), возникающей при проектировании объекта, в частности, технологического процесса. Свои информационные потребности разработчик выражает с помощью информационного запроса (ИЗ) - сформулированного на техническом (естественном) языке требования, адресованного ИПС. При формировании ИЗ используется документахщя, являющаяся исходной для проектирования технологического процесса (чертеж детали, ТУ на отливку и др.).

Для ввода ИЗ в ЭВМ производится его запись на формальном языке кодов, который называется информационно-поисковым языком (ИПЯ). Этот язык представляет собой знаковую систему, которую используют для описания содержания ИЗ в форме, приемлемой для алгоритмизации информационного поиска. Закодированный таким образом ИЗ называется поисковым предписанием (ПП).

Для функционирования ИПС создается информационный фонд, представляющий собой совокупность записей информации (наименования и содержания документов и других сведений), закодированной и занесенной на машинные носители средств вычислительной техники. Кодирование сведений При формировании информационного фонда производится с помощью того же ИПЯ, который применяется для кодирования ИЗ. Закодированное информационное сообщен*е, хранимое в информационном фонде, называется поисковым образом (ПО). Информационные фонды ИПС содержат обычно тысячи и десятки тысяч ПО.

Рнс. 11.1. Общая схема инфс

ионного поиска:

Д/ - документ, содержащий ПО/

Процесс информационного поиска (рис. 11.1) - это выявление в информационное фонде ИПС таких ПО, которые соответствуют ПП, предъявленному системе. Выдача ответов на запрос прбизводится после сравнения ПП и ПО, осуществляемого на основе определенных оценок - решающих правил или критериев выдачи. С их помощью определяется степень смысловой близости (релевантности) между ПП и ПО и принимается решение о вьщаче или невыдаче ответа на ИЗ.

Основными компонентами ИПС ТН, во многом определяющими эффективность функционирования системы, являются информационно-поисковый язык и критерий выдачи.

В ИПС ТН могут быть использованы ИПЯ классификационного и дескрипторного типов. ИПЯ классификационного типа представляет собой знаковую систему, лексическими единицами которой являются признаки классификации объектов и их кодовые обозначения. ИПЯ дескрипторного типа - знаковая система дескрипторов (или описателей), служащих для выражения основного смыслового содержания документов.

При проектировании технологических процессов литья (ТПЛ) обычно учитывают большое число разнообразных факторов. Поэтому для системы поиска ТПЛ затруднено построение ИПЯ чисто классификационного типа . Чаще разрабатывают ИПЯ дескрипторного типа.

Для выбора деск15ипторов необходимо расчленить процесс проектирования ТПЛ на взаимосвязанные элементы (в частности, технологические задачи), т.е. использовать системный подход. Для элементов системы (технологических задач) устанавливают связи с исходными условиями проектирования (входной информацией). При этом отбирают лишь ту входную информацию, которая необходима для решения технологических задач и, следовательно, проектирования ТПЛ в целом. Вьщеленную таким образом информацию, например информацию о конфигурации деталей, принимают в качестве дескрипторов.

При разработке ИПС технологии машиностроения [6] в словарь ИПЯ вводят лишь те дескрипторы, значения которых можно найти при формировании как ПП, так и ПО. Это необходимое условие организации информационного поиска, позволяющее сформировать