Проектування системи керування експериментальною установкою для процесу кручення під високим тиском порожнистих заготовок
Анотація
Тарасов О. Ф., Касьянюк О. С., Грибков Е. П., Бабаш А. В., Коваленко А. К. Проектування системи керування експериментальною установкою для процесу кручення під високим тиском порожнистих заготовок
Розвиток промислових підприємств та впровадження технології інтернету речей у виробництві вимагають створення нових механізмів, для розробки яких необхідно використання сучасних компонентів з подальшим точним комп’ютерним керуванням процесом. В області обробки металів тиском такими механізмами можна вважати установки для кручення під високим тиском (КВТ, high pressure torsion, HPT), оскільки цей процес набуває поширення завдяки отримуванню субмікроскопічної структури в заготовці та надзвичайно високої міцності матеріалу в результаті обробки. В той же час використання установок КВТ має суттєві обмеження, які обумовлюються значною кількістю параметрів, які можуть змінюватись нелінійно під час процесу деформації. Проблеми керування установкою вирішуються завдяки використанню автоматизованої систем керування (АСК) параметрами технологічного процесу. В статті наведена сутність нового процесу деформації порожнистих заготовок за допомогою кручення під високим тиском. Наведений опис експериментальної установки та використаних елементів керування. Цей технологічний процес представлено множинами подій та діяльностей, зв'язок між якими відображено у вигляді циклограми. На основі аналізу представленого технологічного процесу розроблена система моніторингу та АСК установкою. Розроблена логічна схема АСК, діаграма визначення складу установки з АСК для реалізації технології КВТ та діаграма компонентів її програмного комплексу. Представлено схемне рішення використання частотного перетворювача для приведення до руху механізму кручення. Для точного підрахування числа обертів механізму кручення використаний інкрементальний енкодер фірми Siemens та налагоджувальна плата STM32F4Discovery. Використання частотного електроприводу дозволило підвищити ефективність керування установкою. Розробка та використання подібних АСК для інших установок для обробки металів тиском дозволить гарантувати стабільний технологічний процес і необхідні фізичні властивості заготовок.
Посилання
Segal V. Review: Modes and processes of severe plastic deformation (SPD). Materials. 2018. 11(7): 1175, pp. 1–29. DOI: https://doi.org/10.3390/ma11071175
Li Y., Lu Z., Li T., Li D., Lu J., Liaw P. K., Zou, Y. Effects of surface severe plastic deformation on the mechanical behavior of 304 stainless steel. Metals. 2020. 10(6), pp. 1–13. DOI: https://doi.org/doi:10.3390/met10060831
Edalati K., Horita Z. A Review on High-Pressure Torsion (HPT) from 1935 to 1988. Materials Science and Engineering A. 2016. 652. pp.325-352. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.11.074
Silva C., Montoro L. A., Martins D. A. A. et al. Interface structures in Al-Nb2O5 nanocomposites processed by high-pressure torsion at room temperature. Materials Characterization, 2020. 162: 110222, pp. 1–9. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matchar.2020.110222
Kawasaki M., Langdon T. G. Review: achieving superplasticity in metals processed by high-pressure torsion. Journal of Materials Science. 2014. 49(19). pp. 6487–6496. DOI: https://doi.org/10.1007/s10853-014-8204-5
Akbarpour M. R., Mirabad H. M., Alipour S., Kim H. S. Enhanced tensile properties and electrical conductivity of Cu-CNT nanocomposites processed via the combination of flake powder metallurgy and high pressure torsion methods. Materials Science and Engineering: A. 2019. 773: 138888, pp. 1–10. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.138888
Bartkowska A., Bazarnik P., Huang Y., Lewandowska M., Langdon T. G. Using high-pressure torsion to fabricate an Al–Ti hybrid system with exceptional mechanical properties. Materials Science and Engineering: A. 2021. 799: 140114. pp. 1–5. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.140114
Edalati P., Floriano R., Tang Y. et al. Ultrahigh hardness and biocompatibility of high-entropy alloy TiAlFeCoNi processed by high-pressure torsion. Materials Science and Engineering: C. 2020. 112: 110908. pp. 1–10 DOI: https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.110908
Kvashnin V.O., Babash A.V., Kvashnin V.V. Programming and application of STM32F4Discovery microcontrollers: monograph. Kramatorsk: CTRI "Printing House". 2017. 143 p. 978-6177415-30-4 (in Ukrainian).
Henderson K., Salado A. Value and benefits of model‐based systems engineering (MBSE): Evidence from the literature. Systems Engineering. 2021. 24(1). pp. 51–66. DOI: https://doi.org/10.1002/sys.21566
Kumar A., Dhanwate S. SysML Based Modelling of Gear Shifting Strategy and Drivability for Automatic Transmission. Journal of Physics Conference Series. 2020. 1478: 012008. pp. 1–9. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1478/1/012008
Munk P., Nordmann A. Model-based safety assessment with SysML and component fault trees: application and lessons learned. Softw Syst Model. 2020. 19. pp. 889–910. DOI: https://doi.org/10.1007/s10270-020-00782-w
Yoo S., Lee S., Kim S. et al. Integrating deep learning into CAD/CAE system: generative design and evaluation of 3D conceptual wheel. Struct Multidisc Optim. 2021. 64. pp. 2725–2747. DOI: https://doi.org/10.1007/s00158-021-02953-9
Yuan W.-H., Wang H.-C., Zhang W., Dai B.-B., Liu K., Wang Y. Particle finite element method implementation for large deformation analysis using Abaqus. Acta Geotechnica. 2021. 16(8). pp. 2449–2462. DOI:https://doi.org/10.1007/s11440-020-01124-2
Babash A.V., Kvashnin V.O., Tarasov A.F., Gribkov E.P. Implementation of the intensive plastic deformation process using a modern complete electric drive. Modern problems and achievements in the field of radio engineering, telecommunications and information technologies : materials of the IX International Scientific and Practical Conference. October 3–5, 2018. Zaporizhzhia: ZNTU. 2018. pp. 168-170 (in Ukrainian).
Kazachkovskii N.N., Yakupov D.V. Altivar 31 frequency converter programming: Methodical materials for advanced training courses and students of specialty 7.092203 "Electromechanical systems of automation and electric drive". Dnipropetrovsk: educational center of the company "Schneider Electric". 2006. 45 p. (in Russian).
