WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

Воронин Юрий Федорович

ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ДЕФЕКТОВ И СНИЖЕНИЯ БРАКА ИЗДЕЛИЙ В МЕТАЛЛУРГИИ (на примере литейного производства).

05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (промышленность).

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

.

Волгоград – 2008

Работа выполнена в Волгоградском государственном техническом университете на кафедре «Системы автоматизированного проектирования и поискового конструирования».

Научный консультант доктор технических, наук профессор Камаев Валерий Анатольевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Аверченков Владимир Иванович.

доктор технических наук, профессор Андрейчиков Александр Валентинович.

доктор технических наук, профессор Ищенко Владимир Васильевич.

Ведущая организация: Компания «NPP», г.Челябинск.

Защита диссертации состоится 18 сентября 2008 г. в 12 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д212.028.04 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу:

400131, г. Волгоград, проспект Ленина, 28, ауд. 209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан ____________ 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Водопьянов В.И

Актуальность проблемы. Существуют классы систем (технических, производственных, биологических и т.д.), формальное представление которых затруднительно. Это обусловлено значительным количеством параметров, определяющих функционирование системы, сложностью, а подчас и невозможностью точного определения их значений, в силу этого неэффективностью или невозможностью точного моделирования поведения системы. К таким системам относится технологический процесс изготовления отливок из железоуглеродистых сплавов. Несмотря на тысячелетнее существование этих технологий, до настоящего времени остается актуальной проблема выяснения причин возникновения дефектов литых изделий и методов их устранения. Специалисты литейного производства считают, что литейное дело – это черный ящик, набитый неожиданностями.

Производство отливок является одним из важнейших направлений в машиностроении. Так трактор состоит из 70% литых заготовок, автомашина - из 40-50%, тепловозы, электровозы вагоны – от 30 до 50%. Кроме этого литые изделия используются в экскаваторах, станках, горнодобывающих машинах и многих других изделиях.

К проблемам диагностики и ликвидации отливок относятся:

- частые отклонения технологических параметров, усложняющие использование формального метода ликвидации дефектов;

- отсутствие системного подхода при ликвидации дефектов, которые до настоящего времени на большинстве предприятий снижаются методом проб и ошибок;

- отсутствие эффективного информационного обеспечения процесса ликвидации дефектов.

- недостаточная квалификация сотрудников литейного производства, способствующая некачественной разработке технологических процессов;

- низкий уровень организация труда, приводящий к возникновению брака отливок.

Современные теоретические исследования повышения качества литья делятся на несколько слабо взаимосвязанных подходов. К ним можно отнести анализ и определение разновидностей литейных дефектов (ОРЛД), методологию диагностики причин возникновения дефектов (ДПВД), способы ликвидации дефектов (СЛД) и т.д. Каждый из них служит методологической основой лишь одного определенного направления. При этом уровень разработок ОРЛД, ДПВД и других подходов недостаточен для полного описания характерных особенностей дефектов и причинно-следственных связей объекта диагностирования. В связи с этим актуальной является проблема интеграции различных методов и создание обобщенной методологии по диагностике и ликвидации дефектов отливок.

Решению проблем определения разновидностей дефектов в литых заготовках, диагностики причин их возникновения и методам устранения уделялось большое внимание. Среди ведущих авторов работ в этом направлении можно выделить следующих ученых: Аксенов П.Н., Арсов Я.Б., Берг П.П., Бидуля П.Н., Василевский П.Ф., Вейник А.И., Грузин В.Г., Яновер Я.Д., Гуляев Б.Б., Дорошенко С.П., Рабинович Б.В., Ильинский В.А., Клочнев Н.И., Кожинский Л.И., Куманин И.Б., Лакедемонский А.В., Кваша Ф.С., Медведев Я.И., Мухоморов И.А., Неуструев А.А., Озеров В.А., Орешкин В.Д., Рыжиков А.А., Гиршович Н.Г., Дубинин Н.Т., Степанов Ю.А., Титов Н.Д., Клецкин Г.И. и другие отечественные и зарубежные исследователи.

Несмотря на значительные успехи ученых в решение проблемы повышение качества литья, брак отливок продолжает увеличиваться, доходя в ряде случаев до 45 процентов. Следовательно, проблема повышения качества отливок в настоящее время остается актуальной и требует своего разрешения в первую очередь за счет системного использования достигнутых успехов.

Цель и задачи диссертационной работы. Цель работы состоит в разработке методологии решения научной проблемы выявления и анализа разновидностей дефектов, причин их возникновения и способов ликвидации, и создания на этой основе автоматизированных систем поддержки принятия решений в области повышения качества литья.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи.

1. На основе литературных данных, опыта работы специалистов и автора, проанализировать технологию изготовления литья, упорядочить и определить:

систематизацию дефектов отливок;

зависимость между разновидностями дефектов и причинами их возникновения;

способы ликвидации литейных дефектов для создания устойчивых технологических процессов изготовления отливок.

2. На основе обобщения эмпирического опыта создать методики для качественного определения разновидности возникающих дефектов и способов их ликвидации.

3. Разработать математические модели для количественного определения возникающего давления газа в литейной форме и параметров процесса затвердевания отливки.

4. Сформировать общую методологию качественного и количественного определения дефектов, причин их возникновения и способов ликвидации.

5. Реализовать модели и алгоритмы в виде программно-методического комплекса диагностики и устранения дефектов отливок.

6. Провести проверку работоспособности и эффективности использования комплекса и предлагаемых методик.

7. Разработать методику обучения и повышения квалификации специалистов в области литейного производства, консультаций по снижению брака отливок с использованием сетевых технологий.

Научная новизна результатов в целом заключается в формировании методологии выявления дефектов и снижения брака отливок. К наиболее существенным научным результатам относятся:

1. На основе анализа литературных данных и практического опыта создана систематизация литейных дефектов отливок из железоуглеродистых сплавов в виде дерева, содержащего характерные отличия дефектов, позволяющая значительно сократить затраты времени для определения сложных разновидностей дефектов.

2. Разработаны графовые модели определения причинно-следственных связей между разновидностями дефектов и причинами их возникновения, позволяющие определять направления поиска и выявлять истинные причины возникновения пороков изделий.

3. Для каждой разновидности дефектов созданы схемы связей причин возникновения дефектов и способов их ликвидации.

4. Разработана методика качественного анализа, содержащая идентификацию дефектов по геометрическим, цветовым и другим признакам, причинно-следственные связи определения причин возникновения и способов ликвидации дефектов.

5. Разработана методика, основанная на идентификации разновидностей дефектов и таблиц взаимодействия причин и их влияния на возникновение дефектов отливок, основанных на эмпирических данных.

6. Разработаны математические модели основных процессов формирования отливок, позволяющие разработать алгоритмы определения газового давления в литейной форме и создания объемного и направленного затвердевания отливки.

Практическая значимость и использование результатов работ.

Сформированная методология анализа причин возникновения дефектов и способов их устранения позволяет обоснованно рекомендовать:

• методику определения разновидностей дефектов по геометрическим, цветовым и другим признакам;

• методику определения связи разновидности дефекта с причиной (причинами) его возникновения;

• методику определения эффективных способов ликвидации дефектов;

• прагматическое моделирование процесса устранения литейных дефектов;

• методику обучения сотрудников литейного производства и студентов ВУЗов новому подходу к повышению качества литья и разработке предложений по ликвидации брака отливок с использованием сетевых технологий.

Созданный в работе комплекс автоматизированных систем, позволяет:

1. моделировать условия снижения газового давления в литейной форме;

2. моделировать условия снижения или ликвидации усадочных дефектов в термических узлах отливки;

3. проводить экспертную оценку используемых в цехе технологических параметров производства отливок;

С использованием предлагаемой методологии и разработанного программно-методического комплекса был проведен анализ качества выпускаемого литья на следующих предприятиях: «АВТОВАЗ», «Пензадизельмаш», «Коломенский тепловозостроительный завод», «Тверьвагонзавод», «Метровагонмаш», «Бежицкий сталелитейный завод», «Брянский машиностроительный завод», «Новочеркасский электровозостроительный завод», «Альметьевский насосный завод» и др.

Разработанная методология показала высокую эффективность при оперативном определении видов дефектов, которые предприятия не могли устранить в течение длительного времени. Например, на Тверском вагонзаводе ситовидная пористость отливки «Крышка» определена в пределах одного часа с ОГЭЭ – 12 млн.руб., газовая раковина на отливке «Корпус» выявлена за это же время с ОГЭЭ – 6,45 млн.руб., на ОАО «АЛНАС» ликвидация газовых раковин отливок «Рабочий орган» потребовали большего времени с ОГЭЭ – 3 млн.руб.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Систематизация литейных дефектов отливок из железоуглеродистых сплавов в виде многоуровневого дерева.

2. Методика идентификации дефектов по геометрическим, цветовым и другим признакам, позволяющая значительно сократить затраты времени для определения сложных разновидностей дефектов.

3. Графовые модели определения причинно-следственных связей между разновидностями дефектов и причинами их возникновения, позволяющие определять направления поиска и выявлять истинные причины возникновения пороков изделий.

4. Методики для качественного определения разновидности возникающих дефектов и способов их ликвидации, созданные на основе обобщения эмпирического опыта.

5. Математические модели и алгоритмы основных процессов формирования отливок, позволяющие сопровождать процесс получения качественного литья.

6. Общая методология качественного и количественного определения дефектов, причин их возникновения и способов ликвидации.

7. Программно-методический комплекс диагностики и устранения дефектов отливок.

8. Методика обучения новым приемам повышения качества литья, в том числе с использованием сетевых технологий.

Достоверность и обоснованность полученных результатов основывается на применении апробированных методов математического моделирования, использовании результатов системного анализа для выявления и ликвидации дефектов отливок, подтверждается практикой использования разработанных методик и автоматизированных систем на ряде предприятий, показавшей высокую эффективность предлагаемого подхода. Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, съездах и семинарах:

Международная научно-техническая конференция «Интеллектуальные системы. Интеллектуальные САПР» (г. Дивноморск, 2006, 2007 гг.); VI, VII и VIII съезды литейщиков России (2003 - 2007гг.); Международная конференция «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе» (Гурзуф, 2003, 2007г.); Specialists education International scientific conference “Information Technologies and Telecommunications in Education and Science” (2005, Side Turkey);

Международная конференция «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград, 2000); IV Международная конференция «Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре и образовании» (Астрахань 2001, 2007г.); межвузовская конференциия «Концептуальное проектирование в образовании, технике, технологии» (Волгоград, 2002) и др.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 80 работ, в том числе 4 монографии и 27 публикаций в ведущих журналах, рекомендуемых ВАК для публикации докторских диссертаций, 27 авторских свидетельств на изобретение. Три программные разработки зарегистрированы в государственном реестре программ для ЭВМ. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.

Структура и объем работ. Диссертация состоит из 6 глав основных результатов работы, списка литературы из 241 наименований. Работа изложена на 280 страницах машинописного текста, содержит 166 рисунков и 2страницы в приложении.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные задачи работы, характеризуется научная новизна и практическая ценность результатов исследования.

Глава 1. Анализ условий возникновения дефектов отливок и постановка задачи по их ликвидации.

В главе рассматриваются существующие подходы к идентификации дефектов, диагностики причин и их устранения на примерах отливок из железоуглеродистых сплавов.

В первом параграфе проведен анализ существующих подходов к идентификации и устранению литейных дефектов. Несмотря на длительное время существования производства отливок, технология их изготовления имеет немало недостатков, способствующих снижению качества литья. Анализ работы литейных предприятий показывает, что производство отливок терпит значительные убытки от брака литья. Если по официальным отчетам брак литья составляет 5-6% от предъявленного, то фактическая дефектность отливок доходит до 20% и выше. К основным причинам, порождающих брак отливок, можно отнести:

1. Частые отклонения параметров технологического процесса производства отливок от допустимых.

2. Недостаточная квалификация специалистов литейного производства.

3. Отсутствие системного анализа литейных дефектов.

4. Отсутствие эффективного информационного обеспечения процесса ликвидации дефектов.

В известных литературных источниках имеется разное представление о систематизации, терминологии и характерных отличиях литейных дефектов.

Практически не рассматриваются разновидности газовых раковин, (в практике их насчитывается не менее 7 наименований), что приводит к затруднению при их ликвидации. Не уделено достаточное внимание описаниям остальных разновидностей дефектов и не показаны их отличительные особенности.

Существующий анализ разновидностей дефектов не дает полного представления для возможности определения конкретного вида дефекта.

Изображения большинства дефектов в литературных источниках даны в чернобелом формате, что создает затруднения при определении их характерных особенностей. Описание ряда дефектов трудно признать корректным, поскольку оно не соответствует природе их возникновения. Практически полностью отсутствуют описания дефектов, трансформирующихся в форму другой разновидности под воздействием изменения технологических параметров. Таким образом, существует актуальная задача разработки систематизации объектов диагностирования, которое позволит сформулировать характерные особенности разновидностей дефектов. На основе систематизации дефектов требуется установить связь между разновидностями дефектов и причинами их возникновения.

Во втором параграфе дано описание математических моделей, отражающих процессы формирования отливок и сделан вывод о необходимости их модификации и упрощения. Модификация и упрощение математических моделей позволят создать эффективные автоматизированные системы, позволяющие моделировать условия снижения газового давления в литейной форме и затвердевания отливки без усадочных дефектов.

Рассматривается созданное Медведевым Я.И. математическое моделирование процессов газообразования в литейной форме и отраженные в трудах Вейника А.И. процессы затвердевания металла с протеканием усадочных явлений. В настоящее время российский рынок заполнен импортными и отечественными программами (на принципе импортных) с использованием математических методов конечных элементов и конечных разностей. Программы не учитывают особенностей литейной технологии, не отвечают на поставленный вопрос о повышении качества литья, достаточно сложны в процессе исследования, отличаются высокой стоимостью.

В третьем параграфе рассматривается моделирование по прецедентам процесса устранения литейных дефектов. Вопросы повышения качества литья связываются с обобщением практического опыта специалистов литейного производства и построением на их основе таблиц взаимодействия причин возникновения дефектов. В процессе возникновения и ликвидации дефектов принимают участие две основные составляющие:

• факторы, обладающие негативным влиянием, оказывают прямое воздействие на возникновение дефекта;

• факторы, имеющие позитивное влияние, которые прямо противоположны по действию негативным составляющим.

Факторы могут влиять на возникновение дефектов как самостоятельно, так и при взаимодействии между собой, тем самым усиливая или ослабляя общее воздействие на возникновение брака отливки. Созданная таблица с показателями такого воздействия позволяет отслеживать негативное или позитивное влияние технологических параметров (или их отклонений) на возникновение дефектов. Разработанная таблица оценки влияния факторов может быть использована при построении автоматизированной системы, основанной на прецедентах.

В четвертом параграфе обосновывается необходимость разработки алгоритмов для моделирования условий повышения качества литья.

Излагаются возможные варианты применения теоретических выводов в практических целях по повышению качества отливок. Приводится перечень заводов России, на которых можно использовать результаты разрабатываемых научных исследований Обосновывается необходимость лекционного, семинарского и дистанционного обучение студентов и практиков новым эффективным приемам снижения брака литья на основе разрабатываемого системного подхода к повышению качества литья. Отмечается, что при ликвидации дефектов особое внимание следует уделять определению разновидностей дефектов и выявлению причинно-следственных связей их возникновения.

Глава 2. Разработка качественных методов идентификации и устранения литейных дефектов.

Во второй главе диссертации разработан комплекс моделей диагностики и устранения дефектов отливок. Впервые созданы инфологические модели определения разновидностей дефектов, графы причинно-следственных связей дефектов и причин их возникновения; схемы определения способов ликвидации литейных дефектов.

При проведении исследований было установлено, что процесс ликвидации дефектов сложных систем, к которым относятся отливки, можно представить в виде нескольких подсистем.

Рисунок 1. DFD-диаграмма организации процесса идентификации и ликвидации дефектов сложных систем на примере дефектов отливок из железоуглеродистых сплавов.

На рис. 1 представлена DFD диаграмма организации процесса идентификации и ликвидации дефектов на примере производства отливок.

Такой подход организует единую систему выполнения поставленной цели идентификации дефектов, диагностики причин и их устранения. Организация процесса выявления и ликвидации дефектов осуществляется следующим образом. Разрабатывается техпроцесс изготовления отливки и изготавливается пробная партия литых заготовок. При возникновении дефекта проводится его идентификация с выявлением разновидности, определяется причина возникновения и способ ликвидации. После этого проводится исправление ошибок и изготовление новой партии литья. Если причину возникновения дефекта отливки установить затруднительно, тогда проводится моделирование литейных процессов и выбор технологических приемов по созданию устойчивого технологического процесса.

Таблица 1. Систематизация дефектов отливок по характерным особенностям (фрагмент) Схожие Наименование дефекта Отличительные особенности признаки Раковина увеличенная, размером от 5 до 15 мм, Раковина газовая располагается в различных местах отливки, форма светлая локальная преимущественно сферическая Раковина крупная, размером более 15 мм, располагается в Раковина газовая различных местах отливки, преимущественно в верхних, светлая крупная Раковина имеет сферическую или другую форму гладкая Раковина мелкая, размером от 0,5 до 5 мм, реже более, Раковина газовая светлая располагается группами у поверхности отливки на глубине светлая подкорковая блестящая до 5 -7 мм, имеет сферическую, каплеобразную, (ситовидная червеобразную или другую форму (в зависимости от пористость) давления газа и температуры металла) Раковина газовая Раковина мелкая, размером от 0,5 до 5 мм, иногда более, светлая располагается по толщине стенки отливки, имеет рассредоточенная сферическую или продолговатую форму.

Раковина Раковина матовая, серо-синего цвета недолитой отливки, гладкая Раковина окисленная, сферическая или другой формы, размером более 3мм, окисленная сферической формы располагается в различных местах отливки, и может иметь не одинаковую форму Раковина блестящая, серо-синего цвета недолитой отливки с точечными шероховатыми местами, округлая, Раковина окисленная, приплюснутая, размером более 10мм, располагается на приплюснутой формы горизонтальных поверхностях, отделена от поверхности тонкой коркой металла Раковина сферической Раковина блестящая, с цветами побежалости, сферической формы с цветами формы, размером более 3мм, располагается отдельно или побежалости небольшими группами внутри отливки Раковина местами с дендритным рельефом, серо-синего цвета окисленная, недолитой отливки, закрытая или открытая, Раковина газоусадочная матовая неправильной формы, располагается в районе питателей, в шероховатая термических узлах.

серо-синего цвета недолитой отливки, открытая, Раковина усадочная располагается во входящих углах, у питателей, в открытая термических узлах.

Раковина усадочная тёмно-синего цвета, закрытая, располагается в зонах, закрытая затвердевающих последними и в области питателей.

серо-синего цвета, в виде мелких пористых рыхлот, Раковины - усадочная располагается в термических узлах и в средине пористость утолщённых стенок, является продолжением усадочных раковин В первом параграфе рассматривается построение общей системы диагностики литейных дефектов. Литое изделие содержит значительный набор негативных факторов, которые при определенных условиях могут создавать предпосылки для возникновения дефектов. В свою очередь каждый дефект имеет присущие только ему характерные отличия. Распознавание этих отличий даст расширенное представление о дефектах, возможности их систематизации с дальнейшим определением направлений по ликвидации.

Обзор литературных данных, опыт работы специалистов и автора, позволил провести анализ пороков отливок из железоуглеродистых сплавов и создать древовидную схему систематизации 38 разновидностей дефектов по их характерным признакам. В табл. 1 приведено вербальное описание предложенной систематизации трех дефектов в виде раковин. Дефекты сгруппированы по схожим признакам, которыми обладают все дефекты данной группы. Для каждого дефекта приведен полный набор отличительных признаков.

Рисунок 2. Фрагмент дерева систематизации усадочных и газовых дефектов Систематизация литейных дефектов может быть приведена в различных формах. На рис. 2 приведен фрагмент систематизации в виде дерева для дефектов «Раковина». Дерево систематизирует дефекты по их отличительным особенностям, а именно по состоянию поверхности, ее виду, форме и расположению дефекта.

Приведенный на рис. 2 фрагмент дерева систематизации литейных дефектов является небольшой частью всего дерева. Для практического использования дерево было разделено на ряд частей, которые представляют Рисунок 3. Пример систематизации дефектов светлых газовых раковин по характерным отличительным особенностям.

систематизацию конкретных групп дефектов. Такое представление систематизации дефектов по отличительным признакам приведено на рис. 3 в виде дерева идентификации дефекта. Вершиной дерева являются литейные дефекты, которые разбиты на группы по схожим признакам. Идентификация дефекта ведется по представленному четырехуровневому дереву, где на каждом уровне приводятся характерные отличительные особенности.

Во втором параграфе рассматривается методика определения причин возникновения дефектов на основе причинно-следственных цепочек.

Приводится механика построения этих цепочек, определяющих последовательность операций при формировании условий возникновения дефекта. Был построен граф связи отличительных признаков, характеризующих происхождение конкретной разновидности дефекта и причин их возникновения на основе причинно-следственных цепочек (рис. 4).

Причинно-следственные связи:

- светлая подкорковая раковина;

- расположение раковин вблизи стержневого знака;

- использование в стержне гигроскопичного связующего;

- выдержка собранной формы более двух часов;

- увлажнение стержневого знака от влажной смеси;

Рисунок 4. Отливка «Крышка» с дефектными местами Способ получения причинно-следственных цепочек проиллюстрирован на рис. 4 для отливки «Крышка» с дефектом «Светлые подкорковые газовые Рисунок 5. Граф для определенной разновидности дефекта и причин его возникновения на основе причинноследственных цепочек.

раковины». Такие связи можно выявить только при наличии глубоких знаний процессов, происходящих в литейной форме после ее заливки металлом.

Проведенный анализ возникновения дефекта показал, что причиной появления светлых раковин является влажная поверхность стержня со стороны его знака, который в течении длительного времени находился в контакте с влажной поверхностью литейной формы. Подобные цепочки причинноследственных связей были построены для каждой разновидности дефектов.

Следующим шагом после идентификации дефекта и определения причины его возникновения, является определение способов его ликвидации.

Знания по выбору способов устранения дефектов были систематизированы нами в виде схем связи между причинами возникновения дефектов и способами их ликвидации. Пример такой схемы связи представлен на рис. 6.

способов их ликвидации.

Рисунок 6.

Схема связи причин возникновения светлых раковин и В третьем параграфе рассматривается методика определения дефектов, Таблица 2. Факторы, влияющие на возникновение дефекта «Пузырь подкорковый» Состояние факторов:

Наименование причин возникновения позитивные (1) дефектов массово используемые (2) негативные (3) 1. Имеется полная вентиляция стержней Эффективность вентиляции стержней 2. Имеется центральный вентиляционный канал 3.. Вентиляции в стержне нет 1. С большим перегревом Температура заливаемого металла 2. Средний перегрев (расчетное) 3. С минимальным перегревом 1. Увеличенное (выше расчетного) Время заливки формы 2. Обычное (расчетное) 3. Уменьшенное (ниже расчетного) 1. Уменьшенная до 10 см3/г.смеси Газотворность стержней 2. Обычная – 10-15 см3/г.смеси 3. Увеличенная – более 15 см3/г.смеси 1. Уменьшенная до 12 см3/г.смеси Газотворность формовочной смеси 2. Обычная – 12-16 см3/г.смеси 3. Увеличенная – более 16 см3/г.смеси 1. Увеличенная, более 130 ед.

Газопроницаемость стержней 2. Обычная –100-130 ед.

3. Уменьшенная – 70 – 100 ед.

1. Увеличенная, более 100 ед.

Газопроницаемость формовочной смеси 2. Обычная –70-100 ед.

3. Уменьшенная – 40 – 70 ед.

1. 5 мм, 10 шт./дмКоличество вентиляционных наколов на 2. 5 мм, 4 шт./дмповерхности формы 3. Наколов нет Противодавление газа в стержне при 1. Противодавление газа нет рис. б заливке металла 2. Противодавление незначительно 3. Противодавление значительное рис.

а а) б) Схема противодавление газа.

1. Площадь заделки незначительна:

глубина менее 0,5 см., площадь менее смНаличие ремонтного состава на стержнях 2. Площадь заделки допустимая:

глубина 1 см., площадь 4 см3. Площадь заделки значительная:

глубина более 2см, площадь более 5 см Таблица 3. Оценка влияния парных связей разновидностей факторов на возникновение дефекта «Пузырь подкорковый» П.ф 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 3.3 4.1 4.2 4.3 5.1 5.2 5.3 6.1 6.2 6.3 7.1 7.2 7.3 8.1 8.2 8.3 9.1 9.2 9.3 10.1 10.2 10.1.1 0 0 0 0 0 30 0 0 25 0 0 20 0 0 15 0 0 30 0 0 30 0 0 35 0 15 1.2 20 30 35 10 20 40 15 30 50 20 25 30 20 25 40 20 30 40 20 30 50 20 35 70 30 30 1.3 40 60 80 30 60 90 40 60 80 50 70 90 40 55 90 50 65 80 60 70 80 40 75 100 60 80 2.1 0 10 30 10 20 30 5 10 30 10 20 35 10 20 30 10 25 35 10 25 70 10 25 2.2 0 20 50 10 30 50 20 30 35 20 25 40 20 30 40 15 25 35 20 35 80 20 30 2.3 25 40 70 30 45 80 40 50 80 30 40 55 40 50 60 40 50 60 40 50 100 40 50 3.1 5 10 25 5 15 25 5 15 25 5 10 20 5 15 30 0 25 65 10 25 3.2 15 25 40 15 25 30 15 25 30 15 25 30 15 22 30 15 30 70 40 35 3.3 40 50 70 40 50 60 40 50 65 40 50 70 40 50 70 40 55 100 40 55 4.1 10 15 20 10 20 25 10 20 30 10 20 30 5 25 60 10 25 4.2 18 25 40 10 20 40 20 25 30 20 25 30 25 35 80 30 35 4.3 40 20 60 30 60 70 40 50 60 40 50 55 45 60 100 50 60 5.1 10 20 35 5 10 40 0 15 25 10 25 60 15 25 5.2 15 20 45 10 15 45 10 20 30 20 30 75 20 35 5.3 20 30 55 15 25 50 10 25 40 30 50 80 25 45 6.1 5 15 25 10 20 30 10 25 60 15 20 6.2 15 20 30 15 25 35 20 30 70 20 35 6.3 20 30 45 25 35 45 35 40 80 30 40 7.1 0 10 30 10 25 70 20 20 7.2 10 25 40 20 35 75 50 45 7.3 20 40 60 40 60 85 40 50 8.1 10 25 70 20 20 8.2 25 35 75 25 35 8.3 35 55 85 35 55 9.1 20 20 9.2 35 35 9.3 60 90 1 причин их возникновения и способов ликвидации, основанная на качественном анализе с использованием эмпирического опыта.

Рассмотренная во втором параграфе методика позволяет при хорошем знании литейных процессов быстро выявлять и ликвидировать дефекты отливок.

В случае, когда применение данной методики затруднительно (в частности, нет возможности определить причинно-следственные связи), нами предлагается другая методика, основанная на качественном анализе с использованием параметров технологических отклонений и парных связей причин возникновения дефектов.

Сложность выявления дефектов заключается в большом количестве позитивных и негативных факторов, которые участвуют в образовании брака отливки. При этом одновременно могут оказывать влияние несколько факторов.

Они могут оказывать влияние как самостоятельно, так и в результате взаимодействия между собой, которые усиливают или ослабляют общее воздействие на возникновение брака отливки. В табл. 2 (левая часть) представлены причины возникновения дефекта и их номера. В правой части таблицы, в продолжение каждой причины, приведены позитивные (1), массово используемые (2), и негативные (3) факторы, оказывающие влияние на ликвидацию или возникновение дефекта «Пузырь подкорковый», относящегося к группе газовых раковин. Для определения причины возникновения дефекта, технолог выбирает факторы, сопутствующие процессу возникновения дефектных отливок.

Обобщая производственный опыт и литературные данные по ликвидации дефектов отливок нами было установлено следующее. Если эмпирически определить степень влияния каждого фактора на возникновение дефекта (в %) и степень взаимодействия этих факторов между собой, то можно построить обобщенную табл. 3 парного влияния факторов на качество отливки (более сложные связи не оказывают существенного влияния, поскольку в парных связях задействованы наиболее значимые факторы). Первая цифра по границе таблицы от (п.ф.) означает причину возникновения дефекта, вторая – фактор. Используя конкретные факторы на день изготовления отливок, по этой таблице строятся трехмерные графики влияния факторов на возможность образования дефекта и определяется основная причина его возникновения. Для каждой разновидности дефекта нами определены позитивные и негативные факторы и разработаны таблицы их взаимодействия.

На рис. 7 представлена общая схема методики определения разновидности дефектов и причин их возникновения. Определение причин происходит путем моделирования негативными и позитивными факторами на технологический Рисунок 7.

Схема методики определения дефектов отливок и причин их возникновения процесс изготовления отливки с отражением результатов на трехмерном графике влияния факторов.

Объединение описанных выше методик позволяет сформировать метод качественного анализа выявления и ликвидации дефектов отливок, алгоритм Рисунок 8. Алгоритм метода качественного анализа выявления и ликвидации дефектов которого приведен на рис. 8.

В четвертом параграфе рассматривается ряд конкретных примеров использования предложенных методик для выявления и ликвидации различных дефектов.

Глава 3. Математическое моделирование процессов и методология, определяющие образование литейных дефектов.

В третьей главе диссертации рассматриваются математические описания процессов формирования и снижения до допустимого уровня газового давления в литейной форме, а также процессы затвердевания металла в отливке.

Рассмотренный в главе 2 метод качественного анализа выявления и ликвидации дефектов во многом решает вопросы снижения брака отливок. Однако есть дефекты отливок, ликвидация которых возможна только с использованием методов количественного анализа. При этом необходимо использование упрощенных моделей литейных процессов, позволяющих оперативно изучить качественные особенности механизмов образования дефектов отливки.

Наиболее трудоемкими для определения количественных характеристик технологического процесса изготовления отливки являются газовые и усадочные раковины. Для решения этой проблемы необходимо провести математическое моделирование литейных процессов, учитывающее влияние основных факторов образования дефекта.

В первом параграфе рассмотрена математическая модель определения давления газа в литейной форме, позволяющая сформулировать рекомендации по ликвидации образования газовых раковин в отливках. Показано, что на формирование газового режима литейной формы существенное влияние оказывают газотворная способность и газопроницаемость формовочных смесей и стержней, длина пути фильтрации газа, размеры и протяженность вентиляционных каналов, геометрическая форма и площадь поверхности формы и стержня и др. Отмечается, что очень важным фактором ликвидации газовых раковин является использование оболочковых стержней и форм. Приводятся варианты моделирования газовых режимов в форме и рассматриваются используемые при этом математические зависимости.

Трудоемкими и малоизученными вопросами при определении газового давления являются определение площади сложной поверхности формы и стержня,определение площади приведенного сечения газового потока в стержне и форме Fпр.

Изучая особенности указанных показателей, нами было предложено следующее решение. Сложную поверхность стержня или формы можно представить послойным сечением их твердотельной модели с интегральным определением общей площади поверхности. Для этого периметр каждого сечения умножается на малую высоту сечения (от 0.05 мм до 0,5 мм) и суммируется с результатами всех сечений. Fпр. определялось на основе анализа и математических преобразований результатов лабораторных исследований процесса газообразования, приведенных в книгах Медведева Я.И.

Рассматриваемая математическая модель газового режима литейной формы решает 5 основных задач:

1. Интегральное определение реальной площади поверхности формы (стержня), контактируемой с металлом.

2. Определение площади приведенного сечения газового потока (Fпр.) 3. Расчет объема и давления выделяемого газа из формы или стержня.

4. Представление величины давления газа в форме (стержне) в виде функции времени с момента начала заливки формы до затвердевания корки металла.

5. Моделирование газового режима литейной формы путем изменения технологических параметров.

p Окончательное выражение в неявном виде для нахождения давления в з затв литейной форме при < можно записать как V-Пф (U ( t)) з V1 p + pз a - tdt - Мp + Мp0 -V ln = 0, V 2 p-з FЗМ (U ( t)) з где:

a относительный коэффициент газовыделения, приведенный к единице поверхности контакта;

V- объем металла, который должен поступить в форму;

U (h) h - объем металла в форме при заливке до уровня ;

FЗМ (t) - площадь зеркала металла на высоте t ;

- время от начала заливки;

П(h) h периметр формы на высоте ;

з - время заливки металла;

t - dS момент времени, когда элементарная площадка вступила в контакт с металлом;

p - абсолютное давление газа на поверхности контакта с металлом p- абсолютное давление газа на открытой поверхности формы и начальное давление в порах формовочного материала, равное в большинстве случаев атмосферному.

kFпр M = l пропускная способность.

k - газопроницаемость смеси;

Fпр - приведенное сечение газового потока.

l длина пути фильтрации газа -U (GМ ) - обратная функция (обратная функция существует в силу строгой монотонности функции GМ ), GМ - объемная скорость поступления металла в полость формы (будем считать ее постоянной).

Во втором параграфе рассматривается моделирование условий снижения или ликвидации усадочных дефектов в отливках.

При затвердевании отливок происходят процессы, оказывающие влияние на возникновение усадочных дефектов, коробление отливки, образование трещин и т.д. Скрытность течения процесса затвердевания накладывает свои отпечатки на сложность управления ими и затрудняет возможность ликвидации возникающих дефектов отливок. Следовательно, возникла реальная необходимость в создании модели, позволяющей технологу средней квалификации исследовать процессы затвердевания отливки с возможностью снижения или ликвидации усадочных дефектов в отливке.

При разработке модели ставилась задача – визуально показать процесс объемного или направленного затвердевания стенок отливки при вариации технологических параметров. Кроме этого, на основе моделирования необходимо определить для каждой выделенной пользователем области значение параметра теплоаккумуляции облицовочной смеси, обеспечивающей объемное затвердевание этих областей, несмотря на различие в толщинах стенок.

Для расчетов использовалась основная формула определения толщины затвердевшей области отливки, известная как закон квадратного корня x = K , (1) где x – расстояние изотермы кристаллизации от поверхности тела (толщина твердой области) в зависимости от времени от начала процесса затвердевания отливки, K – коэффициент затвердевания. K определяется по Б.Б. Гуляеву следующим образом:

1,158 Tкр bф K , (2) где Tкр – температура кристаллизации заливаемого металла, bф – коэффициент теплоаккумуляции материала литейной формы, – плотность заливаемого металла, – скрытая теплота кристаллизации металла.

После проведения тривиальных преобразований формул, выведенных Б.Б.

Гуляевым, получены следующие выражения:

1,44 R1 c1 (Tзм - Tкр ) =, b2 (Tзм - Tф ) 1,44 R1 1 = +.

3 b2 (Tкр - Tф ) Здесь 2 – время отбора теплоты перегрева, 3 – время затвердевания стенки отливки. В этих формулах использованы следующие обозначения:

Tкр. – температура кристаллизации заливаемого металла;

1 – удельная теплота кристаллизации металла;

- удельный вес металла (или плотность металла);

c1 – коэффициент теплоемкости жидкого металла;

R1 – половина толщины стенки отливки;

Tф – начальная температура формовочной смеси;

Tзм. – температура заливаемого металла.

Результаты моделирования условий снижения или ликвидации усадочных дефектов в отливках позволяют:

1. Для отливок любой конфигурации определить места расположения изотермических линий в каждый момент времени.

2. Определить по визуальной оценке возможность появления усадочных дефектов в термических узлах отливок.

3. Провести расчеты по определению параметров усадочных дефектов до ликвидации и после ликвидации усадочных пороков.

4. Определить расчетные коэффициенты теплоаккумуляции формообразующих материалов для создания объемного затвердевания отливки.

5. Создать направленное затвердевание отливки с формированием усадочной раковины в уменьшенной прибыли при использовании формообразующих материалов с различными коэффициентами теплоаккумуляции.

6. Создать условия повышения выхода годного литья за счет использования уменьшенных прибылей, формирующихся в формообразующих материалах с низким коэффициентом теплоаккумуляции.

В третьем параграфе рассматривается комбинированный подход к устранению дефектов, основанный на качественном и количественном методе с использованием математического моделирования сложных процессов формирования отливки.

В общем случае процесс устранения дефектов отливки состоит из ряда основных этапов:

1. Идентификация дефекта, поиск причин его возникновения, определение способов его ликвидации, проводятся методиками качественного анализа.

2. Моделирования процессов снижения давления газа, затвердевания отливки, уменьшение напряженного состояния и др. проводятся методиками количественного анализа.

Представленный на рис. 9 алгоритм иллюстрирует порядок прохождения этих этапов. Алгоритм метода качественного анализа диагностики и ликвидации Рисунок 9. Алгоритм применения методов качественного и количественного анализа для диагностики и снижения дефектов отливок из железоуглеродистых сплавов дефектов на примере литейного производства объединяет целый комплекс системных построений, описанных в главе 2, позволяет определить:

• группы дефектов по большинству схожих признаков;

• характерные отличительные особенности дефектов;

• разновидности дефектов по отличительным особенностям;

• цепочки причинно-следственных связей;

• причин возникновения дефекта;

• направление исследования причин.

В случае невозможности получить качественную отливку из-за сложности протекающих в литейной форме процессов, используется метод количественного анализа, позволяющий провести количественную оценку протекающему процессу для принятия решений по ликвидации дефекта.

Количественные методы анализа сложных процессов реализованы в автоматизированных системах моделирования условий формирования отливки.

Методологии выявления дефектов и снижения брака отливок состоит из качественных и количественных методов. Качественные методы выявления и ликвидации дефектов содержат методики логического и эмпирического определения дефектов. Количественные методы моделирования условий возникновения и ликвидации дефектов содержат математические описания происходящих в литейной форме процессов.

Рисунок 10. Дерево компонентов методологии выявления дефектов и снижения брака отливок Представленное на рис. 10 дерево иллюстрирует иерархию компонентов методологии выявления дефектов и снижения брака отливок.

Глава 4. Программно-методический комплекс повышения качества литья В главе рассматриваются автоматизированные системы, объединенные в единый программно-методический комплекс повышения качества литья, которые поддерживают различные процедуры рассмотренной выше методологии.

В первом параграфе дано описание архитектуры и отдельных подсистем программно-методического комплекса повышения качества литья «Технолог».

Архитектура комплекса (рис. 11) включает в себя две основные подсистемы:

1. «Подсистема администрирования комплексом». Подсистема администрирования является средством работы с базой данных заводов клиентов и инструментом обновления баз данных комплекса «Технолог». Она включает следующие компоненты:

- подсистема формирования обновлений, представляющая собой инструментальное средство обновления баз данных, формирования обновлений и их рассылка всем зарегистрированным пользователям системы;

- интерфейс администратора, позволяющий работать с историей обновлений, клиентской базой и обрабатывать отчеты заводов-клиентов, присылаемыми экспертами.

2. «Подсистема пользователей» представляет собой комплекс средств информатизации литейного производства, который включает в себя следующие основные компоненты:

- модуль авторизации пользователей, позволяющий ограничивать права доступа пользователей и экспертов, работающих с подсистемами, а также отслеживать действия пользователей;

- модуль основного интерфейса пользователей системы, имеющий выход на информационно-справочную систему «Автоматизированный атлас литейных дефектов», архитектура которого представлена на рис. 12. Справочная система работает с постоянно пополняемой в процессе использования комплекса базой данных примеров дефектов - «Подсистема распознавания дефектов, причин их возникновения и способов ликвидации»;

Рисунок 11. Архитектура программно-методического комплекса «Технолог» Данная подсистема содержит модули:

- визуально-логического определения дефекта;

- оценки значимости причин возникновения дефектов и определение способов их ликвидации;

- анализа отклонений технологических параметров.

Рисунок 12. Архитектура справочной системы «Атлас Подсистема содержит обновляемые файлы деревьев визуально-логического определения группы, разновидности, характерных отличительных особенностей дефектов и специфик их возникновения, таблицы взаимодействия причин возникновения дефектов и перечень возможных способов ликвидации дефектов.

Функции подсистемы заключаются в классификации дефекта, определения характерных особенностей дефекта отливки, расчета и анализа причин его возникновения, а также пополнения базы данных дефектов.

- «Подсистема эксперта»;

Подсистема предназначена для определения причин некорректной работы программы по определению информации о дефектах, отправления отчета администратору системы и ведения пользователей системы (удаления, добавления, редактирования, ведения рейтингов пользователей, добавления заданий).

- «Подсистема моделирования».

Данная подсистема является мощным и интуитивно понятным средством анализа и разработки технологии. Все подсистемы моделирования имеют связь с CAD средствами, для получения и проведения анализа непосредственно на 3D-модели отливки. Инструментальные средства подсистемы позволяют проводить анализ и поддерживать весь процесс формирования или редактирования технологии изготовления отливки.

Подсистемы являются отдельными программными продуктами и могут использоваться независимо или в составе комплекса. Более подробно они рассматриваются в следующих параграфах.

Во втором параграфе рассматривается автоматизированная система выявления и ликвидации дефектов на основе прагматического моделирования.

Для выполнения сложного и не всегда реализуемого этапа при ликвидации дефектов, а именно, определения причинно-следственных связей, большую помощь Рисунок 13. Архитектура автоматизированной системы распознавания дефектов, определения причин их возникновения и способов ликвидации на основе качественного анализа окажет автоматизированная система распознавания дефектов, определения причин их возникновения и способов ликвидации на основе качественного анализа.

Система создана на основе методики определения и выявления дефектов при использовании оценки ординарных и парных связей позитивных и негативных факторов возникновения или ликвидации дефектов. Архитектура системы представлена на рис. 13.

Функционирование системы начинается с определения разновидности дефекта с помощью интерфейса визуализации моделей идентификации дефекта по его отличительным признакам. После этого осуществляется выявление причин возникновения дефекта при использовании:

• интерфейса выбора технологических параметров производства отливок на день возникновения дефекта;

• модуля оценки влияния факторов и их парных взаимодействий на возникновение дефекта, при помощи которого находятся причины, оказывающие наиболее значимое воздействие на формирование дефекта.

Полученные результаты о причинах возникновения дефектов представлены в виде таблицы и графика влияния причин на возникновение дефекта. Для каждой найденной причины система выводит способ ее ликвидации выбором из базы данных.

В третьем параграфе рассматривается автоматизированная система моделирования газового режима в литейной форме. Архитектура автоматизированной системы представлена на рис. 14.

Рисунок 14. Архитектура автоматизированной системы моделирования газового режима литейной формы.

Система включает в себя следующие модули:

- «Интерфейс пользователя», из которого возможен вызов всех остальных модулей;

- модуль подготовки файла данных геометрической формы отливки, который выполнен в виде подпрограммы для CAD-системы, функция которой заключается в формировании определенного формата файла, содержащего информацию о геометрической форме отливки;

- модуль заполнения и редактирования базы данных технологических характеристик металлов и смесей, которые используются в дальнейших расчетах;

- модуль расчета давления газа в форме и стержнях;

- модуль построения графиков давления газа в форме и стержнях, позволяющий визуально контролировать изменение давления газа в каждый момент времени;

- расчетный модуль для определения необходимого времени заливки, при котором давление газа остается ниже критического;

- модуль визуализации, расположенный в CAD-системе, позволяющий на трехмерной модели отливки показать расчетную длину вентиляционных наколов в стержне, способствующих выводу газа;

- модуль формирования технологических карт, который по файлам данных выбирает технологические параметры изготовления отливки, уменьшающие возможность возникновения газовых раковин.

В четвертом параграфе рассматривается автоматизированная система моделирования условий снижения или ликвидации усадочных дефектов отливок, архитектура которой представлена на рис. 15.

Эта система включает в себя следующие модули:

- «Интерфейс пользователя», из которого возможен вызов всех остальных модулей;

- модуль подготовки файла сечения трехмерного чертежа отливки и его перевода в формат программы, выполненного в виде подпрограммы для CAD-системы;

- модуль упрощенного графического редактора, позволяющий изменять существующие файлы сечений отливки: формировать прибыли, изменять конфигурацию отливки и элементов для ее питания и т.д.;

Рисунок 15. Архитектура автоматизированной системы моделирования условий снижения или ликвидации усадочных дефектов отливок - модуль заполнения и редактирования базы данных технологических характеристик металлов и смесей, которые используются в дальнейших расчетах;

- модуль расчета температурных полей отливки с заданными пользователем технологическими параметрами (в том числе облицовка некоторых частей отливки захолаживающими формовочными смесями);

- модуль визуализации процесса затвердевания металла в отливке в виде последовательного изменения температурных полей через определенные промежутки времени;

- расчетные модули для определения параметров холодильников, пористости отливки, усадочных раковин и модуль определения теплоаккумуляции формовочной смеси для создания объемного затвердевания металла;

- модуль визуализации, расположенный в CAD-системе, позволяющий на трехмерной модели отливки показать расположение захолаживающих материалов, способствующих ликвидации усадочных дефектов;

Глава 5. Апробация полученных теоретических и практических результатов работы на литейных предприятиях России В главе рассматриваются примеры использования методологии и программно-методического комплекса повышения качества литья в практической деятельности ряда литейных предприятий. Глава разделена на 3 параграфа.

В первом параграфе приведен визуально-логический анализ разновидности дефекта с определением причинно-следственных связей и выявлением дефекта на примере отливки «Боковина» (рис. 16 а, б). Первоначально был проведен анализ отливки на площадке брака с использованием дополнительного оборудования, в результате которого были определены характерные отличительные особенности рассматриваемого дефекта.

Рисунок 16.а. Отливка «Боковина» с Рисунок 16.б. Срубленная часть волнообразным рельефом поверхности поверхности отливки На рис. 17 представлена последовательность работы с использованием методики идентификации и устранения светлых мелких подкорковых раковин. По форме, расположению, величине раковин установлено, что они образуются от излишнего количества влаги в формовочной смеси. С помощью связи причин возникновения и способов ликвидации определено, что дефект может быть ликвидирован при соблюдении технологического режима изготовления отливки с использованием наполнительной формовочной смеси, охлажденной до температуры не более 35оС при пониженной влажности.

Во втором параграфе рассматривается методика выявления разновидностей дефектов и их ликвидации при использовании результатов оценки ординарных или парных связей позитивных и негативных факторов на примере ликвидации Рисунок 17. Визуальная демонстрация использования методики логического определения, диагностики и ликвидации светлых мелких подкорковых раковин.

газовой окисленной раковины в отливке «Корпус запорный». Определение дефектов проводилось с помощью визуально-логического метода, а выявление условий возникновения дефектов на основе таблицы оценки связей факторов. По материалам исследований сделаны конкретные рекомендации, позволяющие существенно снизить затраты на выявление разновидности дефектов, проводить варьирование позитивных и негативных факторов для определения приемлемых условий производства литых заготовок на предприятиях. При этом не требуется использование глубоких знаний специалистов, которые отсутствуют на большинстве предприятий.

В третьем параграфе приводятся данные использования результатов работы на предприятиях России. Общий экономический эффект от использования теоретических и практических результатов работы на литейных предприятиях (на момент оформления автореферата) составил более 41.5 миллионов рублей.

Таблица 4. Результаты экономической эффективности использования теоретических и практических результатов работы материалов работы №№ Наименование предприятий, использующих Ориентировочный п/п результаты работы эконом. эффект от использования результатов работ, миллион руб.

1 ОАО «Альметьевский насосный завод» 8,2 ООО «Воронежский сталелитейный завод» 7,3 ОАО «Тверьвогонзавод» 15,4 ООО «ПК «Новочеркасский 5,электровозостроительный завод» 5 ОАО «Курганмашзавод» 3,6 ООО «Ростовский литейный завод» 2, Итого: 41,Глава 6. Использование результатов работы в образовательных целях В трех параграфах шестой главы рассматриваются методика обучения эффективным приемам повышения качества литья и программные продукты для обеспечения дистанционного обучения, к которым относятся:

- компьютерные лекции «Системный анализ повышения качества литья»;

- компьютерные программы для проведения дистанционных семинаров между заводами и ВолгГТУ (Заказчиком и Исполнителем);

- отдельные подсистемы программно-методического комплекса «Технолог».

Основные результаты работы 1. На основе анализа литературных данных и практического опыта создана систематизация литейных дефектов отливок из железоуглеродистых сплавов в виде дерева, содержащего характерные отличия дефектов, позволяющая значительно сократить затраты времени для определения сложных разновидностей дефектов.

2. Разработаны графовые модели определения причинно-следственных связей между разновидностями дефектов и причинами их возникновения, позволяющие определять направления поиска и выявлять истинные причины возникновения пороков изделий.

3. Для каждой разновидности дефектов созданы схемы связей причин возникновения дефектов и способов их ликвидации.

4. Разработана методика качественного анализа, содержащая идентификацию дефектов по геометрическим, цветовым и другим признакам, причинноследственные связи определения причин возникновения и способов ликвидации дефектов.

5. Разработана методика, основанная на идентификации разновидностей дефектов и обобщенной таблице взаимодействия причин и их влияния на возникновение дефектов отливок.

6. Разработаны математические модели основных процессов формирования отливок, позволяющие разработать алгоритмы определения газового давления в литейной форме и создания объемного и направленного затвердевания отливки.

7. Разработана методология, состоящая из качественных (методики логического и эмпирического определения дефектов) и количественных (математическое моделирование условий возникновения и ликвидации дефектов) методов диагностики и устранения дефектов.

7. Разработано методическое пособие обучения новым приемам повышения качества литья, в том числе и снижения дефектов отливок с использованием сетевых технологий.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

Монографии и научные издания 1. Воронин, Ю. Ф. Атлас литейных дефектов. Чёрные сплавы. Монография. / Ю.Ф.Воронин, В.А.Камаев // М.: Машиностроение – 1, 2005, - 328 с 2. Воронин, Ю. Ф. Экспертная оценка качества литья. Монография. / Ю.Ф.Воронин, В.А.Камаев // М.: Машиностроение – 1, 2006, - 180 с.

3. Воронин, Ю. Ф. Повышение качества литья. Системный подход. Монография. / Ю,Ф.Воронин // М.: Машиностроение – 1, 2007, 263 с.

4. Воронин, Ю. Ф. Повышение качества литья. Лекции / Ю.Ф.Воронин // ВолгГТУ, 2006 г., 459 с. (компьютерная версия).

Статьи в ведущих журналах, рекомендуемых ВАК для публикации докторских диссертаций, 5. Воронин, Ю. Ф. Интегрированная аналитическая система повышения качества литья / Ю.Ф.Воронин, В.А.Камаев, А.В.Петрухин, В.К.Агеев, Шешенева А.В. // Заготовительное производство в машиностроении.- 2003.- №9.- С. 3-6.

6. Воронин, Ю. Ф. Характерные особенности распознавания и устранения газовых раковин / Ю.Ф.Воронин, Ю.А.Парфенов, А.В.Шешенева // Заготовительные производства в машиностроении.- 2003.- №12. – С. 7 – 9, 57.

7. Воронин Ю.Ф. Автоматизированная система оптимизации газового режима литейной формы / Ю.Ф.Воронин, А.Г. Лосев, В.А.Камаев, Е.А.Мазепа, А.В.Шешенева, Е.А.Мартыненко, Т.В.Кокина, В.А.Бегма // Литейщик России. – 2003. – № 12. – С. 39-43.

8. Воронин Ю.Ф. Компьютерный "Атлас литейных дефектов" / Ю.Ф.Воронин, В.А.Камаев, А.В.Матохина, С.А.Карпов // Литейщик России. - 2004.- № 1. - С. 31-36.

9. Воронин Ю.Ф. Моделирование газового режима литейной формы / Ю.Ф.Воронин, А.Г.Лосев, А.В.Матохина, В.А.Бегма // Литейщик России - 2004.- № 4. - С. 35- 10. Воронин Ю.Ф. Автоматизированная система «Атлас литейных дефектов. Чугун и сталь» / Ю.Ф.Воронин, В.А.Камаев, А.В.Матохина, С.А.Карпов // Заготовительные производства в машиностроении – 2004. - № 6. – С. 3-7.

11. Воронин Ю.Ф. Компьютерное определение дефекта, причин его возникновения и способа ликвидации / Ю.Ф.Воронин, В.А.Камаев, А.В.Матохина, С.А.Карпов // Литейное производство. - 2004. - №7. - С. 17 – 24.

12. Воронин Ю.Ф. Моделирование влияния причин возникновения дефектов на качество отливок / Ю.Ф.Воронин, А.В.Матохина // Литейщик России.- 2004.- № 8.- С. 33-37.

13. Воронин Ю.Ф. К вопросу об определении причин возникновения дефектов отливок / Ю.Ф.Воронин // Литейщик России. – 2004. - № 9. – С. 42- 14. Воронин Ю.Ф. Управление процессом снижения усадочных дефектов отливок / Ю.Ф.Воронин, В.А.Камаев, А.В.Матохина, Д.Ю.Куликов // Литейщик России. – 2004. - №12. – С. 37-40.

15. Воронин Ю.Ф. Комплексное решение вопросов повышения качества литья / Ю.Ф.Воронин, В.А.Камаев // Литейное производство. – 2005. - № 2. - С. 17 – 21.

16. Воронин Ю.Ф. Определение условий возникновения дефектов отливок (на примере горячей трещины) / Ю.Ф.Воронин, В.А.Камаев // Заготовительное производство в машиностроении. - 2005. - № 3. - С. 10 – 14.

17. Воронин Ю.Ф.. Прагматическое моделирование литейных процессов / Ю.Ф.Воронин, В.А.Камаев // Литейное производство. – 2005. - № 6. – С. 25 – 28.

18. Воронин Ю.Ф. Моделирование условий ликвидации газовых раковин / Ю.Ф.Воронин // Литейщик России. – 2006. - № 2. – С. 38 42.

19. Матохина А.В. Моделирование газового режима литейной формы / А.В.Матохина, Ю.Ф.Воронин // Программные продукты и системы. – 2007. - №3. – С. 56 – 58.

20. Воронин Ю.Ф. Компьютер определяет причину возникновения дефекта отливки / Ю.Ф.Воронин, В.А.Камаев // Литейщик России. – 2005. - № 8. – С. 30 – 34.

21. Воронин Ю.Ф. Автоматизированная система «Атлас литейных дефектов» / Ю.Ф.Воронин, В.А.Камаев, А.В.Матохина // Вестник компьютерных и информационных технологий. – 2007. №10, С. 25 – 26.

22. Воронин Ю.Ф. Устойчивые технологические режимы изготовления отливок / Ю.Ф.Воронин // Литейщик России. – 2005. - № 10. С. 46 – 48.

23. Воронин Ю.Ф. Компьютерные программы на каждый день / Ю.Ф.Воронин // Программные продукты и системы. – 2007. - №3. – С. 58 – 59.

24. Тронин А.В. Устойчивый процесс предупреждения возникновения газовых раковин / А.В.Тронин, И.Ф.Хакимов, Ю.Ф.Воронин., В.А.Камаев // Литейщик России. – 2005. - № 11. – С.48 – 49.

25. Воронин Ю.Ф. Автоматизированные системы качественного анализа при снижении брака литых заготовок / Ю.Ф.Воронин, Д.Ю.Куликов // Вестник компьютерных и информационных технологий. – 2008. №5.

26. Воронин Ю.Ф. Эффективность ликвидации горячих трещин / Ю.Ф.Воронин // Литейщик России. - 2006. - №8. – С. 15 – 19.

27. Воронин Ю.Ф. Программная система «Атлас литейных дефектов» / Ю.Ф.Воронин, В.А.Камаев // Программные продукты и системы. – 2007. - №3. – С. 59 – 61.

28. Воронин Ю.Ф. Системный анализ и экспертная оценка светлых газовых раковин в отливках / Ю.Ф.Воронин // Литейное производство. - 2006. - №9. – С. 9 – 12.

29. Воронин Ю.Ф. Компьютерные лекции по повышению качества литья / Ю.Ф.Воронин, В.А Камаев // Литейщик России. – 2007. – №3. – С. 17 – 21.

30. Куликов Д.Ю. Моделирование процесса остывания отливок в литейной форме / Д.Ю.Куликов, Ю.Ф.Воронин // Программные продукты и системы. – 2007. - №3. – С. 61 – 63.

31. Воронин Ю.Ф. Системный подход к определению разновидностей светлых газовых раковин / Ю.Ф.Воронин // Литейщик России. – 2007. - №7. – С. 8-10.

Статьи в журналах, сборниках 32. Воронин Ю.Ф. Матричный метод определения причин возникновения дефекта / Ю.Ф.Воронин // Оборудование. Технический альманах. – ноябрь 2005. - № 4. – С. 76 – 81.

33. Воронин Ю.Ф. Архитектура разновидностей светлых газовых раковин / Ю.Ф.Воронин, В.А.Камаев // Оборудование. Технический альманах. – март 2006. - № 1. – С. – 73.

34. Воронин Ю.Ф. Причины возникновения светлых газовых раковин / Ю.Ф.Воронин // Оборудование. Технический альманах. – июнь 2006. - № 2. – С. 74 – 76.

35. Воронин Ю.Ф. Моделирование условий снижения или ликвидации усадочных дефектов / Ю.Ф.Воронин, Д.Ю.Куликов // Оборудование. Технический альманах. – сентябрь 2006. - № 3. – С. 34 – 39.

36. Воронин Ю.Ф. Характерные особенности окисленных газовых раковин / Ю.Ф.Воронин, С.Ю.Воронин // Оборудование. Технический альманах. – ноябрь 2006. - № 4. – С. 49 – 55.

37. Воронин Ю.Ф. Ликвидация окисленных газовых раковин / Ю.Ф.Воронин, С.Ю.Воронин // Оборудование. Технический альманах. – март 2007. - № 1. – С. 46 – 49.

38. Воронин Ю.Ф. Компьютерные программы в помощь литейщикам / Ю.Ф.Воронин // Труды 7-го съезда литейщиков,, г. Новосибирск, май 2005, том 2.

39. Воронин Ю.Ф. Системный анализ повышения качества литья / Ю.Ф.Воронин // Труды 8-го съезда литейщиков,, г. Ростов на Дону, апрель, 2007, том 2.

40. Воронин Ю.Ф. Информатизация литейного производства / Ю.Ф.Воронин // Волжский технологический вестник. – 2004. - №4. – С.55.

41. Воронин Ю.Ф. Методология разработки экспертной системы идентификации видов дефектов, а также причин их возникновения по прецедентам / Ю.Ф.Воронин, В.А.Камаев // Труды международной научно-технической конференции «Интеллектуальные системы.

Интеллектуальные САПР», Москва, «Физматлит.», 2006, - том 1, С.219 – 221, 42. Bast J. Using info-logical system “Atlas of casting defects” / J.Bast, V. Kamaev, A.

Kozlov, Yu. Voronin // Specialists education International scientific conference “InformationTechnologies and Telecommunications in Education and Science” 15.–22.May 2005 Side Turkey.

43. Bast J. Mathematical contents and processes models of electronic learning / J.Bast, V.

Kamaev, A. Kozlov, Yu. Voronin // International Scientific Conference "Technologies and Telekommunications in Education and Science",15.-22. May 2005 Side Turkey.

44. Воронин Ю.Ф. Компьютерная поддержка процессов повышения качества отливок/ Воронин Ю.Ф., Камаев В.А. //«Волжский технологический вестник». -2004.- № 5. – С.

26 – 31.

45. Петрухин А.В. Интегрированная экспертная система по снижению и предупреждению возникновения дефектов чугунных отливок/ А.В.Петрухин, В.К. Агеев, Ю.Ф.Воронин // «Информационные технологии в образовании, технике и медицине». Сб.

научных трудов в 2-х ч. Ч.2. ВолгГТУ – Волгоград, 2000. – С.37-38.

46. Агеев В.К. Новые информационные технологии в литейном производстве/ В.К.Агеев, А.В.Петрухин, В.А.Камаев, Ю.Ф.Воронин // «Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре и образовании». НИТРИО-2001:Материалы IV Межд. Науч.- метод. Конф. 2001, Астрахань, С. 275-276.

47. Агеев В.К. Программно-методический комплекс для оптимизации технологических процессов производства литья / В.К.Агеев, А.В.Петрухин, В.А.Камаев, Ю.Ф.Воронин // «Концептуальное проектирование в образовании, технике, технологии/ : Межвузов. сб. науч.

Трудов/ ВолгГТУ – Волгоград, 2002.- С. 104-106.

48. Агеев В.К. Автоматизация процесса проектирования элементов литейной оснастки/ В.К.Агеев, А.В.Петрухин, В.А.Камаев, Ю.Ф.Воронин // «Концептуальное проектирование в образовании, технике, технологии: Межвузов. сб. науч. Трудов/ ВолгГТУ – Волгоград, 2002.- С.

107-109.

49. Агеев В.К. Информационно-консультационная система повышения качества литья/ В.К.Агеев, А.В.Петрухин, В.А.Камаев, Ю.Ф.Воронин // «Прогрессивные технологии в обучении и производстве»: Материалы Всероссийской конференции, г.Камышин, 2002. – С. 105-1 50. Воронин Ю.Ф. Визуально-логические и формально-логические модели определения и ликвидации дефектов отливок из железоуглеродистых/ Ю.Ф.Воронин, В.А.Камаев // Труды международной научно-технической конференции «»Интеллектуальные системы» (AIS 07) и «Интеллектуальные САПР». – М.: Физматлит, 2007, Т.III, С.27 - 32.

Авторские свидетельства на изобретения. В 22.

51. Воронин Ю.Ф. Смесь для изготовления литейных стержней и форм, преимущественно оболочковых в нагреваемой оснастке: авторское свидетельство № 1616754. СССР. Ю.Ф.Воронин, Ю.А.Парфёнов, В.М. Голованов, Е.А. Мащенко. Заявл.

01.02.89. Опубл. 01.09.90.

52. Воронин Ю.Ф. Смесь для изготовления литейных стержней и форм в нагреваемой оснастке: авторское свидетельство №.1608012 СССР. Ю.Ф.Воронин, Л.Д. Качановская, Л.П.

Синчук, В.Ю. Покровский. Заявл. 17.03.88. Опубл. 22.07.90.

53. Воронин Ю.Ф. Смесь для изготовления литейных форм и стержней: авторское свидетельство №. 1592085 СССР. Ю.Ф.Воронин, Л.Д. Качановская, В.А. Ильинский, Ф.Д.

Овчаренко. Заявл. 21.12.87. Опубл. 15.05.90.

54. Воронин Ю.Ф. Смесь для изготовления литейных стержней и форм в нагреваемой оснастке: авторское свидетельство №.1520736 СССР. Ю.Ф.Воронин, А.В. Сандалов, В.Л.

Цугель, Г.И.Савченко. Заявл. 20.11.87. Опубл. 08.07.89.

55. Воронин Ю.Ф. Смесь для изготовления литейных стержней и форм теплового отверждения: авторское свидетельство №. 1509169 СССР. Ю.Ф.Воронин, А.В. Сандалов, А.Е.

Попов, А.А. Шавырин. Заявл 03.08.87. Опубл. 22.05.89.

56. Сандалов А.В. Смесь для изготовления литейных стержней и форм в нагреваемой оснастке: авторское свидетельство №. 1488103 СССР. Ю.Ф.Воронин, А.В. Сандалов, Г.И.

Савченко, Ж.Н. Сладкова. Заявл. 02.11.87. Опубл. 22.02.89.

57. Сандалов А.В. Состав для получения противопригарных покрытий на литейных формах и стержнях: авторское свидетельство №. 1463376 СССР. А.В. Сандалов, Ю.Ф.Воронин, А.А. Вихлянцев, Б.И. Опихайленко. Заявл. 29.04.87. Опубл. 08.11.88.

58. Воронин Ю.Ф. Смесь для изготовления литейных стержней и форм в нагреваемой оснастке: авторское свидетельство №. 1274840 СССР. Ю.Ф.Воронин, М.В. Чеплакова, П.К.

Змиевский, К.Э. Гаитов. Заявл. 24.07.85. Опубл. 08.08.86.

59. Воронин Ю.Ф. Способ очистки рабочих органов пескодувных и пескострельных машин от остатков смеси: авторское свидетельство №. 1271631 СССР.

Ю.Ф.Воронин, В.Ф.Воронин, А.К..Воронина, Ю.В. Горбаченко. Заявл.28.01.85. Опубл. 22.07.86.

60. Чеплакова М.В. Способ изготовления катализатора отверждения для песчаносмоляных смесей, используемых для изготовления литейных стержней: авторское свидетельство №. 1185726 СССР. М.В. Чеплакова, В.А. Сатарова., Ю.Ф.Воронин. Заявл. 09.01.84. Опубл.

15.06.85.

61. Воронин Ю.Ф. Смесь для изготовления литейных стержней и форм, отверждаемых в нагреваемой оснастке с одновременной продувкой нагретым воздухом: авторское свидетельство №. 989805 СССР. Ю.Ф.Воронин, М.В. Чеплакова, Б. Н. Трушин, Л.А. Амбург. Заявл. 18.05.81.

Опубл14.09.82.

62. Воронин Ю.Ф. Смесь для изготовления литейных оболочковых форм и стержней по нагреваемой оснастке: авторское свидетельство №. 967665 СССР. Ю.Ф.Воронин, М.В.

Чеплакова, Козлова Г.И., В.А. Сатарова. Заявл. 10.06.80. Опубл. 22.06.82.

63. Воронин Ю.Ф. Смесь для изготовления литейных стержней и форм в нагреваемой оснастке: авторское свидетельство №. 921660 СССР. Ю.Ф.Воронин, М.В. Чеплакова, В.А.

Сатарова, В.И. Кошелев. Заявл. 22.05.80, Опубл. 21.12.81.

64. Воронин Ю.Ф. Устройство для извлечения изделий: авторское свидетельство №.

850295 СССР. Ю.Ф.Воронин, О.А.Пожидаев, В.И. Кошелев, Ю.В.Горбаченко. Заявл. 13.12.79.

Опубл. 27.03.81.

65. Воронин Ю.Ф. Смесь для изготовления литейных стержней и форм по нагреваемой оснастке: авторское свидетельство №. 801958 СССР. Ю.Ф.Воронин, М.В. Чеплакова, В.А.

Сатарова, В.И. Кошелев. Заявл. 19.02.79. Опубл. 08.10.80.

66. Воронин Ю.Ф. Смесь для изготовления оболочковых стержней и форм по горячей оснастке: авторское свидетельство №. 801957 СССР. Ю.Ф.Воронин, Е.А.Наумов..

Заявл.10.11.77. Опубл. 08.10.80.

67. Воронин Ю.Ф. Противопригарное покрытие для литейных форм и стержней:

авторское свидетельство №. 801957 СССР. Ю.Ф.Воронин, Е.А.Наумов, С.В. Ситников Заявл.

02.01.79. Опубл. 13.06.80.

68. Терешин Ю.П. Полуавтомат для изготовления оболочковых стержней: авторское свидетельство №. 738751 СССР. Ю.П. Терешин, О.А. Пожидаев, Ю.В. Горбаченко, Ю.Ф.Воронин. Заявл. 27.07.77. Опубл. 14.02.80.

69. Воронин Ю.Ф. Смесь для изготовления литейных оболочковых форм и стержней по нагреваемой модельно-стержневой оснастке: авторское свидетельство №. 730445 СССР.

Ю.Ф.Воронин. Заявл. 21.03.77. Опубл. 07.01.80.

70. Вихлянцев А.А. Способ покрытия изделий: авторское свидетельство №. 7182СССР. Ю.Ф.Воронин, Е.А.Наумов, А.А. Вихлянцев. Заявл. 26.09.78. Опубл. 06.11.79.

71. Вихлянцев А.А. Покрытие для фильтровальной сетки: авторское свидетельство №. 638417 СССР. А.А. Вихлянцев, О.А.Пожидаев, Ю.Ф.Воронин. Заявл. 03.06.77. Опубл.

28.08.78.

72. Воронин Ю.Ф. Противопригарная краска для литейных форм и стержней: авторское свидетельство №. 621445 СССР. Ю.Ф.Воронин. Заявл. 09.11.76. Опубл. 06.05.78.

73. Воронин Ю.Ф. Раствор для обработки огнеупорного покрытия: авторское свидетельство №. 621442 СССР. Ю.Ф.Воронин, О.А.Пожидаев. Заявл. 04.04.77. Опубл.

06.05.78.

74. Воронин Ю.Ф. Способ отверждения оболочковых форм и стержней: авторское свидетельство №. 554932 СССР. Ю.Ф.Воронин, Б.В. Рабинович, И.А.Никифоров. Заявл.

02.01.74. Опубл. 27.12.76.

75. Воронин Ю.Ф. Композиция для обработки литейных стержней и форм: авторское свидетельство №. 532452 СССР. Ю.Ф.Воронин, Б.В. Рабинович. Заявл. 22.08.75. Опубл.

29.06.76.

76. Воронин Ю.Ф. Смесь для литейных форм и стержней: авторское свидетельство №.

513783 СССР. Ю.Ф.Воронин, Б.В. Рабинович. Заявл. 06.07.73. Опубл. 22.01.76.

77. Воронин Ю.Ф. Смесь для литейных стержней и форм: авторское свидетельство №. 389876 СССР. Ю.Ф.Воронин, П.А.Никитин, О.А.Пожидаев, Г.Е.

Самойличенко. Заявл. 24.05.71. Опубл. 20.04.73.

Свидетельства о регистрации программ для ЭВМ 78. Воронин Ю.Ф. Автоматизированная система «Атлас литейных дефектов»:

свидетельство о регистрации № 2007612466 от 09.06.2007 г. Ю.Ф. Воронин, А.В. Матохина, Д.Ю. Куликов, 79. Воронин Ю.Ф. Автоматизированная система «Моделирование условий ликвидации газовых раковин в отливке»: свидетельство о регистрации № 2007614500 от 15.11.2007 г Ю.Ф.

Воронин, А.В. Матохина, Д.Ю. Куликов, С.Ю. Воронин 80. Воронин Ю.Ф. Автоматизированная система «Моделирование условий ликвидации или снижения усадочных дефектов в отливке»: свидетельство о регистрации № 2007614490 от 15.11.2007 г Ю.Ф. Воронин, А.В. Матохина, Д.Ю. Куликов, С.Ю. Воронин







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.