Виртуальный инжиниринг

Пример моделирования отливки «Картер» для АО «Автомобильный завод «Урал»

В данной статье представлены результаты моделирования литья в песчаные формы в ProCAST на примере изготовления отливки «Картер» из высокопрочного чугуна марки ВЧ50. Основанная цель выполненного расчета заключалась в проверке вероятности появления дефектов заполнения, усадочной пористости и раковин в отливке, а также предоставлении рекомендаций по оптимизации технологии для минимизации выявленных проблем.

В одной форме изготавливаются 4 отливки (рис. 1), однако, схема расположения изделий симметрична, поэтому в расчете рассматривалась только половина модели с целью повышения эффективности моделирования (рис. 2).

Рис. 1. Геометрия куста отливок с литниково-питающей системой

Рис. 2. Конечно-элементная сетка формы и отливок с литниково-питающей системой

Во время заполнения (рис. 3) металл сохраняет высокую температуру, поэтому появление таких дефектов, как недолив или неспай, в данном случае исключено. В то же время анализ скорости течения металла в форме (рис. 4) показывает, что в полости отливки присутствуют зоны с высокой скоростью потока, что может привести к размыву формовочной смеси и появлению песчаных засоров в отливке.

Рис. 3. Заполнение формы с распределением температуры металла

Рис. 4. Заполнение формы с распределением скорости потока

Критериальный параметр «Размыв формы» также показывает высокую вероятность эрозии формы в процессе заполнения (на рис. 5 отмечены красным цветом).

Рис. 5. Критерий размыва формы

Оценить места скопления неметаллических частиц можно при помощи анализа трассировки частиц (рис. 6).

Рис. 6. Трассировка неметаллических частиц в сплаве

При просмотре результатов затвердевания отливки (рис. 7) можно отметить появления большого количества тепловых узлов в металле, которые кристаллизуются изолированно, что может привести к появлению крупных усадочных дефектов в изделии.

Рис. 7. Кристаллизация металла в объеме отливки

Конечная картина распределения усадочных дефектов представлена на рисунках 8 и 9.

Рис. 8. Распределение усадочных дефектов в объеме отливки

Рис. 9. Распределение усадочных дефектов в сечении отливки

По итогам проведенного моделирования, заказчику были предоставлены результаты распределения прогнозируемых дефектов, а также рекомендации по изменению литниково-питающей системы, которые позволят снизить количество усадочной пористости в отливке.