ВПРОВАДЖЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ МЕТОДИК ІНДУСТРІЇ 4.0 У ВИРОБНИЦТВІ ЛИТИХ ДЕТАЛЕЙ ДВЗ, АЛГОРИТМ ЇХ КОМПЛЕКСНОГО ЗАСТОСУВАННЯ
DOI:
https://doi.org/10.20998/0419-8719.2025.1.11Ключові слова:
литі деталі ДВЗ, циліндр двотактного двигуна, технології Індустрії 4.0, комп’ютерне моделювання, адитивні технології, управління мікроструктурою сплавівАнотація
У роботі представлено результати досліджень по впровадженню технологічних методик Індустрії 4.0 у виробництво литих деталей ДВЗ, які є продовженням питання зміни стратегій щодо використання PLM систем у контексті досягнення цілей сталого розвитку. З огляду на те, що ливарна промисловість є ключовим постачальником металевих компонентів для автомобілебудування та енергетичного сектору, основну увагу приділено комплексному застосуванню комп'ютерного моделювання, адитивних технологій та управління мікроструктурою сплавів, які вважаються важливими щодо забезпечення сталого розвитку в цій галузі. Зазначено, що впровадження запропонованого підходу дозволяє мінімізувати відходи, покращити механічні характеристики деталей, підвищити енергоефективність виробничих процесів та скоротити тривалість життєвого циклу розробки нових конструкцій. Дослідження даної тематики відкривають нові перспективи щодо реалізації принципів циркулярної економіки та створення більш екологічно відповідального виробництва у двигунобудуванні. Виконано моделювання технологічних ливарних процесів виготовлення литої деталі циліндра двотактного двигуна з метою аналізу особливостей кристалізації та фазових перетворень у процесі охолодження виливка. В результаті чисельного моделювання були отримані дані щодо заповнення форми, розподілу температурних полів, послідовності охолодження та затвердіння, а також проаналізовано кінетику фазових переходів з визначенням місць можливої появи дефектів газоусадкового характеру. Управління зазначеними процесами надало можливість запобігти нерівномірності зростання кристалів у перехідних масивах виливка та подальшого впливу на механічні властивості деталі при експлуатації. Зроблено висновки щодо використання моделювання в рамках PLM-систем для автоматизації процесів удосконалення технологій лиття. Розглянуто питання інтеграції адитивного виробництва у технологічні етапи формоутворення при виготовленні литих деталей ДВЗ. Встановлено, що впровадження цих технологій у двигунобудуванні дозволить виготовляти комплектуючі із оптимізованим дизайном, який буде відповідати вимогам сталого розвитку. У якості модельного оснащення створено надруковану литу деталь циліндру та зазначені основні параметри 3D-друку. Зазначені певні напрямки подальших досліджень по використанню адитивних технологій. Висвітлено питання підвищення рівня управління мікроструктурою сплавів з використанням машинного навчання та штучного інтелекту, як перспективного для подальших досліджень у рамках сталого виробництва. Запропоновано принципові кроки методики комплексного застосування технологій Індустрії 4.0 у сталому виробництві литих деталей ДВЗ. Розроблено алгоритм безперервної взаємодії між основними етапами виробництва, у центрі якого знаходиться концепція цифрового двійника як базової одиниці управління. Зроблено висновки, що запропонований підхід дозволяє системно вдосконалювати технологічні процеси, забезпечуючи адаптацію виробництва до викликів сталого розвитку за допомогою комплексного застосування технологій Індустрії 4.0 та створюючи передумови для переходу до Індустрії 5.0.
Посилання
Riedel E. Foundry 4.0: digitally recordable casting ladle for the application of Industry 4.0-ready manual casting processes [Electronic resource] / Eric Riedel [et al.] // Procedia CIRP. – 2023. – Vol. 116. – P. 95–100. doi: https://doi.org/10.1016/j.procir.2023.02.017.
Ambarita E. Industrial digital twins in offshore wind farms [Electronic resource] / Evi Elisa Ambarita [et al.] // Energy Informatics. – 2024. – Vol. 7, no. 1. doi: https://doi.org/10.1186/s42162-024-00306-6.
Jabbari A. Modeling 4.0: Conceptual Modeling in a Digital Era [Electronic resource] / Araz Jabbari, Michael Rosemann // Communications of the Association for Information Systems. – 2023. – Vol. 53, no. 1. – P. 1028–1051. doi: https://doi.org/10.17705/1cais.05344.
Alyokhin V.I. Issledovanie vlijanija razmerov litejnyh defektov na naprjazhenno-deformirovannoe sostojanie porshnja / V.I. Alyokhin, A.V. Belogub, O.V. Akimov // Nauchno tehnicheskij zhurnal «Dvigateli vnutrennego sgoranija». Har'kov: NTU «HPI» – 2011. – №2. – S. 99 – 103.
Алехин В.И. Совершенствование литниковых систем для отливок цилиндрического типа из алюминиевых сплавов. / В.И. Алехин , Б.П. Таран , С.Б. Таран // Вестник НТУ «ХПИ». – 2006. – Вып.10. – С. 104–107.
Алехин В.И. Компьютерно-интегрированное моделиро¬вание литейных процессов в автомобильных поршнях на основе конструкторско-технологической методики проектирования деталей ДВС / В. И. Алехин, А. В. Белогуб, А. П. Марченко и др. // Двигатели внутреннего сгорания. - 2009. - № 2. - С. 101-104.
Dojka R. The Importance of the Geometry of the Down Sprue in the Gravity Casting Process [Electronic resource] / Rafał Dojka, Jan Jezierski, Michał Szucki // Materials. – 2022. – Vol. 15, no. 14. – P. 4937. doi: https://doi.org/10.3390/ma15144937.
Basta M. An introduction to percolation [Electronic resource] / M. Basta, V. Picciarelli, R. Stella // European Journal of Physics. – 1994. – Vol. 15, no. 3. – P. 97–101. doi: https://doi.org/10.1088/0143-0807/15/3/001.
Stauffer D. Introduction to Percolation Theory / D. Stauffer, A. Aharony. – London: Taylor and Fransis, 1994. – 192 р. doi: http://dx.doi.org/10.4324/9780203211595.
Liao Q. Simulation Study on the Investment Casting Process of a Low-Cost Titanium Alloy Gearbox based on ProCAST [Electronic resource] / Qiang Liao [et al.] // Advances in Materials Science and Engineering. – 2022. – Vol. 2022. – P. 1–10. doi: https://doi.org/10.1155/2022/4484762.
Fish E. Rapid Prototyping How It’s Done at GM: Additive Manufacturing Technology Is Helping the Automaker Reduce Product Development Times and Costs/ E. Fish // Automotive Design and Production. – 2011. – 123, – P. 46-48.
Doroshenko V. & Mykhnian O. & Neima O. (2022). Problems and forecasts of the development of additive manufacturing and its use in foundry technologies // Casting of Ukraine, 2022. No. 3-4. pp. 48-52.
Attaran M. The rise of 3-D printing: The advantages of additive manufacturing over traditional manufacturing [Electronic resource] / Mohsen Attaran // Business Horizons. – 2017. – Vol. 60, no. 5. – P. 677–688. doi: https://doi.org/10.1016/j.bushor.2017.05.011.
Raabe D. Strategies for improving the sustainability of structural metals [Electronic resource] / Dierk Raabe, C. Cem Tasan, Elsa A. Olivetti // Nature. – 2019. – Vol. 575, no. 7781. – P. 64–74. doi: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1702-5.
Князєва Г. О. Переваги та недоліки різних методів досліджень фазово-структурних станів матеріалів (оглядова стаття) / Г. О. Князєва (Постельник) [та ін.] // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". Сер. : Машинознавство та САПР = Bulletin of the National Technical University "KhPI". Ser. : Engineering and CAD : зб. наук. пр. – Харків : НТУ "ХПІ", 2021. – № 2. – С. 51-55. https://doi.org/10.20998/2079-0775.2021.2.08.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Двигуни внутрішнього згоряння
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
