Автоматизированное проектирование технологического процесса нанесения покрытий

По современным оценкам, системы автоматизированного проектирования (САПР) позволяют существенно сократить сроки разработки технологических процессов нанесения покрытий различного назначения, снизить экономические затраты, повысить производительность процесса и качество нанесенных покрытий. В настоящее время разработано несколько программ «САПР покрытие».

Основу информационной среды составляют:

О база знаний по условиям эксплуатации изделий с нанесенными покрытиями (для выбора материала покрытия и его физико-химических свойств);

О база знаний по выбору метода и способа нанесения покрытий (оцениваются физико-химические свойства материала покрытия и основного материала, назначение покрытия и др.);

О база данных по методам и способам нанесения покрытий — информация о реализуемых технологических процессах и свойствах получаемых покрытий;

О база данных по готовым технологическим процессам — информация о ранее разработанных процессах нанесения покрытий, областях применения, режимах и др.;

О база данных по неорганическим материалам — механические и физико-химические свойства, возможные области применения, технико-экономические показатели и т.д.

А.Ф. Пузряков[1] (МГТУ им. Н.Э. Баумана) предложил схему для автоматизации выбора материала покрытия, способа и режимов плазменного напыления с использованием программы «САПР покрытие». Расчет режимов напыления проводился по расчетной схеме, показанной на рис. 22.3. Основу входных расчетных параметров составляли: ток дуги в плазменном распылителе /д, состав Rr и расход (7ПГ плазмообразующего газа. Эти параметры являются определяющими в нагреве напыляемых частиц Тч и их скорости Уч и, следовательно, отражают условия формирования покрытия. Адгезионная и когезионная прочность покрытий, число несплошностей, коэффициент использования материала и ряд других показателей являются функцией температуры (особенно агрегатного состояния) и скорости напыляемых частиц (гл. 8, 9). Эти зависимости получают с помощью предварительных экспериментов и обработки их результатов, например методами наименьших квадратов.

Расчетные блоки в системе процесса плазменного напыления покрытий

Рис. 22.3. Расчетные блоки в системе процесса плазменного напыления покрытий: /д - ток дуги; /?,. - состав плазмообразующего газа; Спг - расход плазмообразующего газа; 7q, Ко - методная температура и скорость плазмообразующего газа; 7q(x), У0(х) - температура и скорость плазменной струи; Тч(х), Кч(х) - температура и скорость частиц; П — покрытие; КИП — коэффициент использования материала покрытия; х—дистанция

Блок-схема автоматизированного выбора оптимальных режимов нанесения покрытий напылением приведена на рис. 22.4. Система относится к аналоговой, в которой технолог решает проектные задачи «совместно» с компьютером, пользуясь разнородными знаниями экспертов, представленными в компьютерной системе.

Расчетная часть системы содержит написанные на языке Delphi программы, отраженные в блок-схеме (рис. 22.4). Основу информационной среды САПР составляют перечисленные выше базы знаний и базы данных.

«САПР покрытие» включает несколько основных этапов автоматизированного проектирования.

  • 1. Сравнение разрабатываемого технологического процесса с существующими техническими решениями. При этом используется база данных существующих техпроцессов (гл. 8—10).
  • 2. Выбор материала покрытия (VIBMAT). Из большого числа неорганических материалов выбирается оптимальный для заданных условий эксплуатации изделия (гл. 3). При этом необходимо учитывать рабочие среды и интенсивность их взаимодействия с наносимыми частицами в процессе переноса и при формировании покрытия.
  • 3. Выбор метода нанесения (VIBTECHO). Выбор метода, как известно, производится из технологической возможности, экономической целесообразности и экономической приемлемости. Для оценки и сравнения методов нанесения покрытий обычно предлагается получить минимизированный критерий удельных затрат применительно к выбранному варианту:
Блок-схема автоматизированного выбора оптимальных режимов напыления где F — суммарная площадь нанесенного покрытия

Рис. 22.4. Блок-схема автоматизированного выбора оптимальных режимов напыления где F0 — суммарная площадь нанесенного покрытия, см2; пк — толщина покрытия, см; рм — плотность материала покрытия, г/см3; К — стоимость оборудования, руб.; GH — производительность процесса нанесения, кг/ч; тн — нормативный срок окупаемости капитальных вложений, годы; Фоб — номинальный годовой фонд работы оборудования, ч; уоб — коэффициент, учитывающий потери номинального фонда времени; у3 — коэффициент, учитывающий потери времени из-за недогрузки; цоб — коэффициент надежности оборудования; См — стоимость материала покрытия, руб./кг; Э3 — стоимость энергозатрат на нанесение покрытия, руб./см3.

Как следует из формулы для расчета 5уд = min, процесс нанесения покрытий характеризует большое число параметров.

4. Выбор режимов нанесения покрытий показан на примере газотермического (плазменного) напыления. При этом используется функция цели Fvm, которая должна быть минимальна при режимах, обеспечивающих заданные свойства напыленных покрытий:

где Т3 и V3 температура и скорость напыляемых частиц, обеспечивающая заданные эксплуатационные свойства покрытий; Т, V — реализуемые температура и скорость напыляемых частиц; F = Fvm + Ш] + Шс + Шс — минимум целевой функции; Шъ Шс, Ш0 — штрафные функции ограничения на технологические параметры по току дуги, газовой составляющей и производительности.

Расчет для получения минимума функции цели производится по программе ОРТ1М1. Программа RASHET обеспечивает расчет температуры и скорости частиц во время контактирования с поверхностью формирования.

  • 5. Испытание покрытий проводится, для того чтобы проверить правильность результатов расчета и уточнить их для получения покрытий более высокого качества.
  • 6. Сохранение данных осуществляется с помощью программы PRINT, которая сохраняет полученные сведения о разработанном технологическом процессе в базах данных и распечатывает технологические карты процесса.

Система автоматизированного проектирования «САПР покрытие» обеспечивает эффективную работу технологов и существенно снижает потери от принятия необоснованных решений при разработке реальных технологических процессов нанесения неорганических покрытий заданного эксплуатационного назначения с использованием различных схем формирования покрытий.

  • [1] Пузряков А.Ф. Теоретические основы технологии плазменного напыления.М. : МГТУ, 2003.360 с.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >