Впровадження технологічних методик Індустрії 4.0 у виробництві литих деталей ДВЗ, алгоритм їх комплексного застосування

Abstract

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.

The study presents the results of research on the implementation of Industry 4.0 technological approaches in the manufacturing of cast internal combustion engine (ICE) components, which continues the discourse on transforming strategies for using Product Lifecycle Management (PLM) systems in the context of achieving sustainable development goals. Given that the foundry industry is a key supplier of metal components for the automotive and energy sectors, particular attention is paid to the integrated application of computer modeling, additive technologies, and microstructure control of alloys, which are considered essential for ensuring sustainability in this field. It is noted that the implementation of the proposed approach enables the minimization of waste, improvement of mechanical properties of components, enhancement of energy efficiency in manufacturing processes, and reduction of the product development life cycle for new designs. Research in this area opens up new prospects for realizing circular economy principles and creating more environmentally responsible production in engine manufacturing. Technological casting processes for producing the cylinder of a two-stroke engine were modeled to analyze crystallization characteristics and phase transformations during the cooling of the casting. As a result of numerical simulations, data were obtained regarding mold filling, temperature field distribution, cooling and solidification sequences, and the kinetics of phase transitions, with an assessment of the areas prone to shrinkage-related defects. Control over these processes made it possible to prevent crystal growth irregularities in the transition zones of the casting, thus mitigating their negative impact on the mechanical properties of the component during operation.