CADmaster

Отливки типа «Рама» изготавливают из сплава МЛ5пч по технологии литья в форму ХТС. Как правило, они представляют собой тонкостенную конструкцию со средней толщиной стенки 8−10 мм и многочисленными ребрами жесткости. Для питания тепловых узлов, формирующихся на стыках полок рамы и ребер жесткости, по периметру отливки устанавливают прибыли. Для продления эффекта питания каждая прибыль утеплена теплоизолирующей вставкой. В некоторых случаях между прибылями устанавливают холодильники.

a)	б)
Рис. 1 Конструкция ЛПС, применяемая на предприятии при изготовлении отливок типа «Рама»: а) 3D-модель отливки; б) 3D-модель литейного блока

Неудобство такой конструкции литниково-питающей системы (ЛПС) состоит в том, что прибыли устанавливаются на поверхности, которая по чертежу не имеет механической обработки. Несмотря на это, литейщики согласны на дополнительную операцию зачистки остатков прибылей, т.к. технология позволяет получать отливки без усадочной пористости и успешно проходить радиографический контроль. Кроме того, следует отметить низкий коэффициент выхода годных отливок (отношение веса отливки к весу литейного блока составляет всего 18−20%), трудоемкость сборки формы. Повышают себестоимость и дорогостоящие теплоизоляционные вставки, а также применение холодильников.

Для того чтобы получить бездефектную, устойчивую, а главное экономичную конструкцию блока для одной из отливок типа «Рама» была полностью изменена концепция литниковой системы. Вместо вертикальных утепленных цилиндрических прибылей разработана одна кольцевая боковая без утепления с сечением в виде трапеции. Прибыль проходит тепловые узлы отливки через щелевые питатели. Размеры прибыли и питателей, а также их количество подбирались с помощью моделирования технологии в СКМ ЛП «ПолигонСофт». В ходе решения задач концепцию центрального подвода расплава было решено оставить без изменений.

Анализ технологии в СКМ ЛП «ПолигонСофт» показал, что при такой системе питания в отливке не должно быть макро- и микропористости, поэтому было принято решение передать технологию на предприятие для изготовления опытной партии отливок.

a)	б)
Рис. 2. Новая конструкция ЛПС для отливки типа «Рама»: а) 3D-модель литейного блока; б) результат прогноза пористости

Опытная партия успешно прошла радиографический контроль, но при этом в местах перехода питателей коллектора к телу рамы были обнаружены трещины. Причины их образования с помощью решателя напряжений «Гук» определило дополнительное моделирование в СКМ ЛП «ПолигонСофт». По причине неравномерного остывания литейного блока и затрудненной усадки в форме ХТС в местах образования трещин накапливались пластические деформации.

a)	б)
Рис. 3. Результаты контроля опытной партии отливок: а) место образования трещины; б) снимок, показывающий отсутствие пористости и наличие трещины

Рис. 4. Анализ мест возникновения трещин в СКМ ЛП «ПолигонСофт»

В результате дополнительной доработки конструкции литейного блока был изменен профиль коллекторов для подвода расплава, ширина, толщина и число питателей. В окончательном варианте 3D-модель литейного блока представлена на рис. 5а. Для сравнения рядом показан серийный вариант конструкции ЛПС (рис. 5б).

a)	б)
Рис. 5. Результаты работы по оптимизации конструкции ЛПС: а) новая технология; б) серийная технология

«Не всегда литейную технологию, используемую в серийном производстве, можно назвать оптимальной. Это связано с многими факторами, и один из них — время, затраченное на ее разработку и освоение. Его не всегда достаточно, чтобы выбрать наилучшие технологические параметры и конструкцию литниково-питающей системы. В производство достаточно часто внедряется первая технология, которая позволяет получить годные отливки, а затем этот опыт переносится на аналогичные изделия. „ПолигонСофт“ как раз тот инструмент, который позволяет сломать систему стереотипов и получить принципиально новое решение», — подчеркнул заместитель руководителя отдела машиностроения, кандидат технических наук Алексей Монастырский.

Статьи из журнала CADmaster по упомянутым продуктам

• 

  Численное моделирование условий формирования отливок с обогреваемыми прибылями

  В статье дано описание реализованной в СКМ ЛП «ПолигонСофт» 2023.0 обновленной модели поведения экзотермических материалов, применяемых в литейном и металлургическом производстве. Приведены примеры численного анализа затвердевания отливок, изготавливаемых с использованием экзотермических оболочек прибылей, демонстрирующие хорошую достоверность результатов расчетов.
• 

  Обзор версии системы компьютерного моделирования литейных процессов

  Возможности, которые стали доступны с выходом новой версии системы «ПолигонСофт», и планы дальнейшего развития этого программного продукта.
• 

  Моделирование литейных процессов: что выбрать?

  Бурное развитие компьютерной техники и применение математического моделирования в литейной промышленности привело к появлению большого числа программ, посредством которых более или менее успешно решаются задачи, с которыми литейщики сталкиваются в повседневной практике.

  На сегодня в мире насчитывается более десяти систем автоматизированного моделирования литейных процессов (САМ ЛП). Специалистам хорошо известны немецкая программа Magma и американская Procast, в этом же ряду нужно упомянуть американскую SolidCast, финскую CastCAE и немецкую WinCast. Две разработки - «Полигон» и LVMFlow - имеют российское происхождение...