Как выбрать литейную программу?

В этом материале мы постарались рассмотреть основные проблемы, с которыми сталкиваются технологи-литейщики при выборе определенной литейной программы и дать необходимые рекомендации. Наше мнение основано на десятилетнем опыте внедрения литейных программ на предприятиях России, который подкреплен тысячами расчетов и десятками пользователями на литейных предприятиях самых различных направлений деятельности.   

Основные проблемы при выборе определенной моделирующей программы состоят в отсутствии достоверной информации о возможностях самой программы, принципах работы с ней, а также в отсутствии молодых специалистов на предприятиях России. Существенным фактором для отечественных предприятий при выборе литейной программы остается стоимость, однако, при успешном использовании любой программы, срок ее окупаемости может составлять от 15 мин до 1 месяца.

Как указывалось выше, в России литейщики «слышали» о таких программах как Magmasoft, ProCast, многие предприятия проводили опытную эксплуатацию программы Полигон, WinCast, SolidCast. Программы для моделирования литейных процессов, используемые сегодня в России, в основном различаются степенью полноты факторов, учитываемых при моделировании, и, соответственно, стоимостью. Второе существенное различие связано с методами получения и решения разностных уравнений: уравнения тепломассопереноса могут быть записаны в дифференциальном или интегральном виде. Сравнительная оценка двух математических методов, МКР и МКЭ, не раз приводилась в научных изданиях. Подробно об это можно прочитать здесь.

Отметим основные моменты при выборе литейной программы, на которые стоит обратить внимание:

Каждое предприятие при выборе литейной программы должно четко осознавать, что оно хочет получить в результате ее использования. Можно выделить две группы литейных предприятий: обычное литье и ответственное литье – детали для авиакосмической промышленности. Такое разделение обусловлено решаемыми задачами. В первом случае, основная проблема получения годных отливок – неправильная технология, разрабатываемая технологами-литейщиками, основанная на методе «проб и ошибок». В этом случае технологу требуется лишь проверить свой вариант технологии: определить места образования усадочных дефектов, выявить причины их образования и т.д. Такими возможностями обладают все литейные программы. При этом от литейной программы требуется большая производительность, т.к. решить поставленную задачи необходимо за 1-2 рабочих дня. В случае изготовления отливок ответственного назначения, дефекты в виде грубых усадочных дефектов проявляются весьма редко. Чаще всего, задача стоит в устранении незначительной усадочной пористости, которая проявляется только на рентгеновских снимках. С этой задаче могут справить лишь некоторые программы. В этом случае технолог может позволить уделить моделированию не одну неделю, чтобы получить качественную отливку. В связи с этим, остановимся на принципиальном отличии всех литейных программ — математический метод для решения разностных уравнений.

Математический метод

  • Метод Конечных Разностей. 

Используется в таких программах как MagmasoftSolidCastCastCAEJSCASTAnyCasting и др., позволяет в кратчайшие сроки получить распределение усадочных дефектов в проектируемой отливке и вовремя исправить технологию. Однако, для устранения усадочной пористости в отливках ответственного назначения такие программы не подходят, т.к. применяемый математический метод плохо работает в случае тонкостенных отливок, когда толщина стенок становится сравнимой с шагом сетки. Связано этом с тем, что разбиение исходной геометрической модели происходит путем наложения прямоугольной сетки с постоянным шагом, что приводит к резкому увеличению числа расчетных ячеек в случае получения тонкостенных отливок больших габаритных размеров. Однако, современные ЭВМ легко справляются даже с очень «мелким разбиением» и позволяют успешно использовать подобные программы.

  • Метод Конечных Элементов. 

Используется в таких программах как ПолигонProCastWinCast и т.д, позволяет максимально учесть геометрию отливки и выявить даже незначительные дефекты. Однако, сложность применения МКЭ заключается в подготовке исходных данных для проведения компьютерного моделирования, которая может занять несколько дней и даже недель на 1 расчет. Связно это с разбиением исходной геометрической модели отливки на конечные элементы (чаще всего — тетраэдры). Встроенные генераторы сеточной модели в самих программах дают большие погрешности. Проблема решается путем использования внешнего генератора сетки КЭ, что приводит в удорожанию приобретаемого ПО, увеличению времени работы, а также требует от персонала высокой квалификации. По этой причине, распространение литейных программ, использующих МКЭ, в России ограничено единичными случаями (см. Обзор литейных программ).

  • Метод Контрольных Объемов.

Используется в таких программах как Flow-3D, LVMFlow, сочетает в себе простоту и факторизацию МКР и хорошую аппроксимацию границ между различными материалами и различными фазами. Это позволяет проводить моделирование максимально быстро, не теряя при этом точности расчетов. LVMFlow — единственная полноценная литейная программа, которая использует данный метод. Flow-3D, также использует МКО и является лидером для расчета гидродинамических задач, однако, не является изначально литейной и, поэтому, не так часто используется для решения литейных задач.

Стоимость и удобство использования

К сожалению, ценовая политика программного обеспечения остается в России основным критерием выбора необходимого программного обеспечения. Уровень цен колеблется приблизительно от 10000 до 120000 $ за 1 рабочее место. При этом, некоторые разработчики ПО требуют обязательной годовой подписки на обновления, которая может достигать 20 % от приобретаемой версии.

Стоит обратить внимание на удобство использования данных программ, т.к. некоторые из них имеет весьма «тяжелый» интерфейс и не переведены на русский язык. Большинство программ, базирующихся на МКЭ, имеет очень трудный для использования интерфейс, что в сочетании с нулевым опытом работы на ЭВМ технологов-литейщиков, сводит использование любой хорошей программы к нулю. 

База данных

Любая программа имеет базу данных теплофизических свойств материалов и сплавов. Отсутствие в базе данных требуемых сплавов или материалов формы приводит к неэффективному использованию программы или некорректным результатам. Провести исследования требуемых свойств для пополнения базы данных в России затруднительно. Зарубежные программы предлагают базу данных, адаптированную под мировые стандарты, поэтому использование зарубежных программ на отечественных предприятиях вызывает серьезные трудности. Некоторые программы, помимо базы данных по теплофизическим характеристикам, содержат данные о механических свойствах сплавов и материалов, для расчета деформационных процессов, происходящих при затвердевании. Однако стоит заметить, что ситуация с механическими свойствами находится еще в более плачевном состоянии.

Выводы 

Опыт использования литейных программ на отечественных предприятиях показал, что в 90 % случаев программы необходимы для решения задач, связанных с устранением грубых усадочных дефектов. С этой задачей могут справиться все литейные программы, в большей или меньшей степени. Для упрощения решения поставленной задачи технологам стоит обратить внимание на программы, использующие МКР, т.к. они справляются с такой задачей значительно быстрее, чем программы, использующие МКЭ, и не требуют высокой квалификации. Лучшей программой, основанной на МКР, является — Magmasoft. Но сложность использования и очень высокая стоимость ограничили ее распространение в России. Из интересных разработок следует рекомендовать корейскую AnyCasting, американскую SolidCast и российскую — LVMFlow версии 2.92. LVMFlow значительно выигрывает среди указанных программ по возможностям, имеет русский интерфейс и отечественную базу данных. Остальные программы, использующие МКР, имееют ограниченный набор возможностей и в России не представлены. 

Что касается программ, основанных на МКЭ, можно смело заявить, что их использование на обычных предприятих категорически запрещено! Главная причина этому факту — отсутствие квалифицированного персонала, сложность и длительность работы, а также высокая стоимость. Да, такая программа, как ProCast— является лидером среди литейных программ по точности расчетов и предоставляемым возможностям. Однако, обычным предприятиям весь спектр получаемым результатов не нужен. ProCast следует рекомендовать предприятиям, занимающихся изготовлением изделий ответственного назначения, для получения которых можно пожертвовать временем на проведение сложного компьютерного моделирования, а также высокими материальными затратами. Для работы с ProCast необходимо создавать на предприятии отдельный отдел по проектированию литейной технологии и завязывать его в общую цепочку сквозного проектирования с использованием, например, установок быстрого прототипирования. Только в этом случае мы увидим реальные результаты использования сложной программы. В России единственной разработкой на МКЭ является Полигон, который также очень сложен в использовании и значительно дороже программ на МКР. Среди программ на МКЭ Полигон имеет в России наибольшее распространение, но использование Полигон на отечественных предприятиях ограничивается в лучшем случае несколькими расчетами в год.

Неплохой разработкой на МКЭ является WinCast, т.к. обладает рядом преимуществ при подготовке сеточной модели, по сравнению с ProCast, предоставляя широкий набор возможностей при моделировании. Но высокая стоимость и ряд общих недостатком не позволило WinCast закрепиться на российском рынке.

Метод контрольных объемов, применяемый в LVMFlow и Flow-3D, является оптимальным для решения литейных задач любой сложности. Однако, сложность Flow-3D не позволяет использовать ее для решения повседневных задач. LVMFLow, напротив, имеет ряд неоспоримых преимуществ:

  • проста в использовании
  • отечественная разработка (русский интерфейс, отечественная база данных)
  • высочайшая скорость моделирования 
  • учтены пожелания отечественных предприятий
  • большой спектр возможностей
  • низкая стоимость и многое другое…

LVMFlow имеет наибольшее количество пользователей в России и обширно распространена зарубежом. Для отечественных предприятий LVMFlow является лучшим выбором! Она решает поставленные задачи легче, быстрее и, в итоге, дешевле! Да, у LVMFlow есть недостатки и мы о них знаем! Но наш опыт и желание развиваться уже вывели LVMFlow на мировой уровень, и останавливаться мы не собираемся!

Отдельное спасибо разработчикам LVMFlow — ЗАО «НПО МКМ», г. Ижевск