СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПИТАНИЯ СТАЛЬНОЙ ОТЛИВКИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ ПОСРЕДСТВОМ LVM FLOW

Одним из важных и проблемных вопросов в литейной практике является анализ факторов и причин, приводящих к некачественным отливкам с дефектной структурой, поэтому на предприятиях нужны совмещенные знания опытного технолога и экспертной оценки, которую можно провести, используя CAD/CAE - системы. Данные технологии позволяют предприятиям, как снизить себестоимость выпускаемых изделий, так и избежать системных ошибок производства [1]. Причина этого – специфическая сложность процессов формирования отливки в случае метода литья по выплавляемым моделям (ЛВМ) и отсутствие универсального метода проектирования питания (ЛПС).

Цель данной работы -  совершенствовать конструкцию питания отливки с учетом ее качественных параметров посредством CAD программ повышение ее технологического выхода годного (ТВГ), позволяющей предлагать данные технологии для решения задач ресурсосбережения в машиностроении. Наличие дефектов (их уменьшению или соответствие допустимым) проверить путем компьютерного моделирования в среде CКМ LVM Flow. Применение специализированных объектно-ориентированных пакетов в литейном производстве позволяет:

- снизить роль и затраты натурного эксперимента;

- изготавливать отливки высокого качества, сложной конфигурации;

- использовать большую номенклатуру сплавов;

- повышать профессиональный уровень технолога-литейщика, [2].

Наиболее характерным представителем систем анализа ЛТ являются системы для имитационного моделирования происходящих в отливках физических процессов, с помощью которых на ЭВМ воспроизводятся тепловые, гидродинамические, усадочные, фильтрационные, деформационные и т. п. процессы. Как показывает опыт, универсальные моделирующие пакеты, использующие постановки тепловых, деформационных задач в общем виде, как правило, для решения литейных задач не являются пригодными, поскольку ЛП обладают рядом специфических особенностей, без учета которых решение будет неадекватным или слишком затруднено. Например, на границе «отливка-форма» в начальный момент времени всегда имеются очень большие градиенты температур, что приводит к тому факту, что численное решение в универсальных пакетах либо начинает расходиться, либо требует очень большой длительности по времени за счет уменьшения шага расчета [3, 4].

Объект исследования или разработки – отливка «Крышка» массой 3,4 кг изготовленная из стали 10Х18Н11БЛ ГОСТ 977-88 предназначенная для куттера пищевой промышленности. На рисунке 1 представления 3-d модель отливки «крышка» масса детали 3,2 кг. Габаритные размеры 270×170×35 мм.

Рисунок 1. 3-D модель отливки «крышка»

Полученная модель, а также 3-d модель отливки с ЛПС необходима для расчетов в CКМ LVMFlow. ЛПС при литье по выплавляемым моделям строят из традиционных элементов: литниковых воронок, стояков, зумпфов и литниковых ходов, прибылей и коллекторов. Благодаря характерной для литья по выплавляемым моделям неразъемной форме данные конструктивные элементы располагают наиболее таким образом, что максимально использовать объем формы.

Заводской вариант модельного блока с двумя отливками показан на рисунке 2.

1 – литниковая чаша; 2 – стояк; 3 – питатель; 4 – отливка; 5 – зумпф.

Рисунок 2. Заводской вариант

Модельный блок с результатами расчета по методу приведенных толщин представлен на рисунке 3.

Рисунок 3. Модельный блок базового варианта с результатами расчета по методу приведенных толщин

Модельный блок выбранного варианта с результатами расчета по методу приведенных толщин представлен на рисунке 4.

Рисунок 4. Модельный блок выбранного варианта с результатами расчета по методу приведенных толщин

С помощью программы автоматизированного проектирования САD SolidWorks определена масса литниковой системы базового варианта составляющая 17,7 кг. Технологический выход годного, определяется по формуле

                 ,                                            (1)

Рассчитали технологический выход годного при использовании заводского варианта и для выбранного с тремя отливками, масса ЛПС составляет 21,3 кг.

.

ТВГ находится в допустимых пределах для ЛВМ.

 З-d модель отливки заводского варианта с питанием и принятого для расчетов представлен  на рисунке 5.

Рисунок 5. 3-d модели заводского и базового вариантов

Процесс заливки и кристаллизации в системе LVM Flow показан на рисунке 6.

Рисунок 6. процесс заливки и затвердевания отливки

Для моделирования по заводскому варианту задавались граничные условия,[5]:

– способ заливки металла – отсутствие шамотной крошки;

– количество слоев – 9;

– температура металла перед заливкой – 1630 ºС;

– температура формы перед заливкой – 900 ºС;

– температура оболочки – 900 ºС;

– время заливки – 6 секунд.

Моделирование в данном пакете показало наличие небольших дефектов (рисунок 7).

а) - критерий Нияма                             б) – усадка 2,0%

Рисунок 7. Дефекты в отливке

Такие же граничные условия, задавались и при выбранном варианте, но с учетом повышенного ТВГ согласно расчетным данным, рисунок 8.

а) – усадка 2,2%                  б) – критерий Нияма

Рисунок 8. Дефекты отливки

Сравнивая результаты компьютерного моделирования  при стандартных условиях технологического процесса, заметили  уменьшение микропористости на внешней поверхности тонкой стенки отливки, при этом количество микропористости на внутренней стороне  осталось практически неизменным, максимальный критерий Нияма составил 0,55 . Количество и процент дефектов усадочного происхождения увеличился, но весь выведен из тела отливки в систему ее питания. Таким образом, данный тип питания является наиболее эффективным с точки зрения ресурсосбережения.

Список литературы:

1. Тихомиров М.Д. Обоснование выбора литейной моделирующей программы / М.Д. Тихомиров, С.В. Ермакова // Материалы научно-практического семинара «Новые подходы к подготовке производства в современной литейной промышленности». – СПб.: Фокад, 2004. – С. 37 – 41.
2. Козлов Л.Я. Производство стальных отливок: учебник для вузов / Л.Я. Козлов, В.М. Колокольцев, К.Н. Вдовин, и др.; под ред. Л.Я. Козлова. – М.: МИСИС, 2003. – 352 с.
3. Турищев В.В. Моделирование литейных процессов: что выбрать? / В.В. Турищев // CADmaster. – 2005. – № 2. – С. 33 – 35.
4. Тихомиров М.Д. Обзор рынка прикладных пакетов для моделирования литейных процессов. Критерии выбора моделирующей системы / М.Д. Тихомиров, С.В. Ермакова // Материалы научно-практического семинара «Новые подходы к подготовке производства в современной литейной промышленности». – СПб.: СПбПУ, 2005. – С. 10 – 14.
5. Сушко Т.И. Компьютерное моделирование физического питания отливок CВС в литье по выплавляемым моделям/ Т.И. Сушко, В.В. Турищев, Т.В. Пашнева, С.В. Попов // Вестник Магнитогорского техн. университета им. Г.И. Носова. 2018. – Т.16. - № 1. - С. 45-53.