Пример использования LVMFlowCV для циклического моделирования литья под давлением

Пример использования LVMFlowCV для циклического моделирования литья под давлением

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.

Поделиться публикацией:

Обращение