По заказу одного из предприятий, специализирующегося на производстве и выпуске различных видов авиационной техники, с целью подтверждения реальных литейных дефектов и последующего анализа причин их образования, в программном обеспечении LVMFlowCV выполнено компьютерное моделирование отливки «Кронштейн».
Отливка представляет собой рамку с четырьмя несимметричными коническими бобышками.
Габариты отливки 122 х 122 х 62 мм.
Преобладающая толщина стенки отливки ~3 мм.
Минимальная толщина стенки отливки 1,7 мм.
Масса куста отливки 340 г.
Отливка изготавливается методом литья под высоким давлением в одноместную пресс-форму на машине с горизонтальной холодной камерой прессования с усилием запирания 160 т.
Марка сплава отливки — силумин АК12.
Температура заливки расплава — 690 0С
Материал пресс-формы — инструментальная штамповая сталь типа 4Х5МФС.
Материал противопригарного покрытия пресс-формы — Trennex 854.
Начальная температура пресс-формы — 20 0С.
Режим разогрева холодной пресс-формы — пробными отливками в количестве 6 шт.
Давление прессования — 1370 бар.
Для расчета температурного режима пресс-формы проведено последовательное моделирование 6 циклов, каждый из которых состоял из заливки расплава в камеру прессования, запрессовки расплава в пресс-форму, затвердевания отливки под давлением, выбивки отливки из формы и охлаждения пресс-формы при подготовке к следующей заливке. При этом для экономии времени моделирование проводилось с крупной ячейкой расчетной сетки размером 4,5 мм.
Расчетная сетка при моделировании 1-6 цикла
Как видно на рисунке выше даже с размером ячейки значительно превышающем минимальную и преобладающую толщины стенок отливки полученная расчетная сетка очень точно описывает геометрия отливки, что позволяет также точно решить поставленную на данном этапе задачу по расчету температурного режима пресс-формы.
В результате расчета по завершении шестого цикла было получено неравномерное температурное распределение по объему пресс-формы.
Распределение температур в пресс-форме после шести циклов
С целью графического анализа процесса выхода пресс-формы на рабочий температурный режим проанализированы показания предварительно установленной термопары.
Место установки виртуальной термопары
Показания виртуальной термопары
На рисунке выше видно, что в течении шестого цикла температура в указанной точке пресс-формы достигает значения ~255 0С, а по окончании подготовки пресс-формы к рабочему седьмому циклу температура снижается до ~110 0С. Полученное значение температуры является начальным для седьмого цикла в данной точке.
Для компьютерного моделирования рабочего седьмого цикла использовалась расчетная сетка с меньшим размером ячейки, а именно 2,25 мм.
Расчетная сетка при моделировании 7 цикла
Как и в предыдущих расчетах размер ячейки в пределах всей расчетной области был постоянен. Размер ячейки был уменьшен для более точного улавливания мелких усадочных дефектов и более точного визуального описания динамики литейного процесса с целью последующего анализа причин брака. Моделирование седьмого цикла показало наличие зон усадочных дефектов в каждой конической бобышке.
Усадочные дефекты в результате моделирования 7 цикла
С целью подтверждения результатов компьютерного моделирования разрезали отливку по всем коническим бобышкам. Представленные ниже фотографии реальной отливки полностью подтверждают выявленные путем компьютерного моделирования дефекты.
Дефекты в реальной отливке
Все расчеты проводились на персональном компьютере со следующими характеристиками:
— операционная система Windows 7 х64;
— процессор Intel® Core™ i7-6700К 4.0 ГГц;
— оперативная память 8 Гб;
— графическая карта NVIDIA GeForce RTX 2080.
Временные затраты на компьютерное моделирование представлены в таблице ниже.
| Номер цикла | Размер ячейки расчетной сетки | Время расчета |
| 1 — 6 | 4,5 мм | 2 ч |
| 7 | 2,25 мм | 1 ч 50 мин |
| ИТОГО | 3 ч 50 мин |
Таким образом, используя программное обеспечение LVMFlowCV, удается выявить усадочные дефекты при литье под высоким давлением практически со 100% точностью при минимальных временных затратах! При этом в полной мере учитывается циклический режим работы пресс-формы!
В настоящий момент решается вопрос о продолжении данной работы, но уже в направлении анализа причин полученного брака и мероприятий по его устранению.