Санкт-Петербург

Ключевые слова: литье металлов под давлением, цифровое производство, цифровой двойник, 
бизнес-процессы, автоматизация. 
В металлургии существует множество способов добиться правильной формы 
металлического изделия, но наиболее распространенным, когда дело касается производства 
специальных конструкций и изделий сложной формы, на сегодняшний день остается метод 
литья металлов под давлением (ЛПД) [1]. 
Для литья металлов используют специальное оборудование – литьевые машины, 
которые можно разделить на машины для ЛПД с холодной или горячей камерой 
прессования, и с вертикальной или горизонтальной камерой прессования. В рамках 
исследования рассмотрен литьевой участок, оборудованный литьевой машиной литья 
цветных металлов под давлением CLH 160.1 с холодной горизонтальной камерой 
прессования. Холодная камера прессования и ее горизонтальное расположение более удобно 
и позволяет упростить конструкцию. При изготовлении отливок в таких машинах 
расплавленный металл заливают в камеру прессования. Пресс-форма состоит из двух 
полуформ: подвижной – пуансона, и неподвижной – матрицы. В пресс-форму металл 
подается под действием плунжера, полость в отливке получается металлическим стержнем. 
После затвердевания пресс-форма раскрывается, и отливка вынимается выталкивателями [2]. 
Недостатками ЛПД является дороговизна оснастки – пресс-форм, вероятности 
появления трещин на отливках и воздушно-газовой пористости. Применение инструментов 
цифрового производства поможет сократить влияние названных недостатков и вовсе 
исключить некоторые. 
Цифровое производство (ЦП) – это концепция технологической подготовки 
производства в единой цифровой среде с помощью инструментов планирования, проверки и 

---

Альманах научных работ молодых ученых 
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1 
269 
моделирования процессов производства. ЦП предполагает единое информационное 
пространство и сквозную автоматизацию всех процессов производства, которая возможна 
благодаря переводу всей информации об изделии, производственных процессах и 
эксплуатации в цифровой вид, т.е. создается параллельная цепочка создания продукта, 
иными словами, создается цифровой двойник предприятия и изделия. Для создания ЦП 
необходимо выполнить следующие условия. 
Во-первых, автоматизация всех производственных процессов: конструкторская 
разработка, технологическая подготовка производства, снабжение материалами и 
комплектующими, планирование производства, организация бизнес-процессов и разработка 
стратегий, изготовление продукции, сбыт и утилизация. Предполагается применение 
системы автоматизированного проектирования и системы управления жизненным циклом 
изделия, используются станки с числовым программным управлением и роботизированное 
оборудование. 
Во-вторых, концепция цифрового производства предполагает наличие единого 
информационного 
пространства 
на 
предприятии, 
с 
помощью 
которого 
все 
автоматизированные системы управления предприятием и промышленное оборудование 
смогут оперативно и своевременно обмениваться информацией. Например, на 
технологическом уровне оно представлено инженерной инфраструктурой в виде сенсоров 
промышленного Интернета вещей, роботизированных производственных линий. На уровне 
производства – наличием систем мониторинга и аналитики, которые обрабатывают 
полученные с производства и оборудования данные и помогают оперативно вносить 
изменения и корректировки в работу цеха. 
В-третьих, необходимо наличие цифровой модели (двойника) объекта или процесса и 
его существование в информационном пространстве на протяжении всего его жизненного 
цикла, начиная с отдельного узла и заканчивая всем предприятием. Предполагается 
появление параллельной цепочки создания продукта. Например, с минимальными затратами 
средств и времени можно произвести виртуальную наладку производства с помощью 
программного обеспечения и проведения имитационного моделирования, а затем 
воспроизвести эти результаты на реальное производство, при этом оптимально запустив 
технологический процесс [3]. Цифровая модель позволяет оценить функциональность 
изделия, выявить сильные и слабые стороны конструкции и в дальнейшем внести 
корректировки в производственный процесс или конструкцию. 
От правильного сочетания технологических режимов ЛПД зависит качество изделий, а 
также затраты изготовление. Соблюдение условий технологичности литых деталей, 
подразумевает такое их конструктивное оформление, которое, не снижая основных 
требований к конструкции, способствует получению заданных физико-механических 
свойств, размерной точности и шероховатости поверхности при минимальной трудоемкости 
изготовления и минимальными затратами материалов. Всегда необходимо учитывать, что 
качество отливок, получаемых ЛПД, зависит от большого числа переменных 
технологических факторов, связь между которыми установить чрезвычайно сложно из-за 
быстроты заполнения формы. 
Основными параметрами, влияющими на процесс заполнения и формирования 
отливки, являются: давление на металл во время заполнения и подпрессовки, скорость 
прессования, конструкция литниково-вентиляционной системы, температура заливаемого 
сплава, режимы смазки и вакуумирования. Сочетанием и варьированием этих параметров 
добиваются негативных влияний особенностей процесса ЛПД. Традиционными 
конструкторско-технологическими решениями по снижению брака являются: регулирование 
температуры заливаемого сплава, повышение давления на металл во время заполнения и 
подпрессовки, рафинирование и очистка сплава, вакуумирование и детальное 
конструирование литниково-вентиляционной системы [4]. ЦП предоставляет программные 
решения для моделирования технологического процесса литья. 

---

Альманах научных работ молодых ученых 
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1 
270 
Например, применение специализированных CAE-систем (AFS, SIMTEC, ProCAST, 
NovaFlow, PowerCAST, CastCAE) [5] позволяет визуализировать процесс литья под 
давлением. Благодаря этому можно выявить различные дефекты и деформации, остаточные 
напряжения, определить объемную и линейную усадку, провести оптимизацию режимов 
заливки и затвердевания отливки, а также по итогам визуализации произвести корректировки 
на стадии проектирования конструкции отливки и технологического процесса, что 
значительно снизит процент брака, а следовательно, будет значительная экономия металла, 
рабочего времени и электроэнергии. 
Проведение имитационного моделирования бизнес-процессов, качество которых 
является одним из важнейших факторов конкурентоспособности современного предприятия, 
дает возможность выявить слабые места в организации производства и внести изменения. 
Автоматизированное 
проектирование 
производственных 
процессов 
и 
единое 
информационное 
пространство 
позволяет 
осуществлять 
параллельную 
работу 
конструкторского и технологического бюро – осуществление параллельной разработки 
технологической документации и оснастки без затрат времени на документооборот с целью 
доработки или утверждения; работу литейного и механического цеха – доступ к 
конструкторской и технологической документации с любого рабочего места. 
Наличие цифрового двойника литейного участка позволит в реальном времени 
отслеживать показания датчиков, данные которых находятся в едином информационном 
пространстве, с литейной машины, установленных в камере прессования, пресс-форме, на 
манипуляторах, предназначенных для заливки металла и извлечения отливки. Это даст 
возможность проводить анализ процесса литья под давлением и контроль качества отливок, 
что предоставит возможность осуществлять автоматизированную корректировку 
технологических режимов литья без остановки производства. 
Цифровой двойник представляет собой трехмерную модель литейной машины CLH 
160.1, на которой обозначены положения датчиков с указанием их назначения и обратной 
связи, трехмерную модель манипулятора для заливки расплавленного металла и вынимания 
отливки. 
Переход всего предприятия на цифровое производство даст преимущества массового и 
единичного производства в виде быстрого изготовления крупного объема продукции и 
кастомизации с возможностью быстрой переналадки оборудования соответственно, что 
существенно повысит конкурентоспособность предприятия и позволит производить новые 
товары и занимать новые отраслевые рынки.