Виртуальный инжиниринг

Пример моделирования отливки «Корпус» для ОАО «Сарапульский электрогенераторный завод»

В данном примере рассматривается анализ процесса литья отливки «Корпус», изготавливаемой из алюминиевого сплава АК5М методом литья под низким давлением в металлическую пресс-форму.

При производстве данной отливки возникало большое количество проблем с усадочной пористостью. Так как данное изделие имеет высокие требования к герметичности, то полученные дефекты не позволяли пройти контроль, что приводило к повышенным затратам на производстве.

Моделирование данной отливки проводилось с целью подтверждения способности ProCAST выявлять подобные производственные дефекты и подтверждения эффективности его дальнейшего использования на производстве для более быстрой и качественной оптимизации технологии.

Конечно-элементная модель включает геометрию отливки, всех элементов пресс-формы, литникового канала и части металла в тигле для более точного расчета скорости подъема металла по заданному графику роста давления в системе.

Рис. 1. Конечно-элементная модель отливки и пресс-формы

Перед основным расчетом заполнения формы и затвердевания отливки проводился дополнительный термоцикловой анализ разогрева формы после нескольких съемов с целью определения тепловой картины разогрева металлической оснастки в рабочем режиме и получения более точных результатов распределения макро и микроусадочных дефектов.

Рис. 2. Температура разогрева формы после 20 циклов заливки

Так как данная отливка имеет сравнительно большие габариты, поэтому заполнение формы занимает 20 секунд; за это время сплав успевает сильно остыть, однако образование недолива или не спая еще не происходит.

Рис. 3. Заполнение формы сплавом с распределением температуры потока

Рис. 4. Охлаждение сплава при заливке формы: температура металла (слева), количество твердой фазы в сплаве (справа)

Рис. 5. Охлаждение сплава в сечении отливки при заполнении формы: температура металла (слева), количество твердой фазы в сплаве (справа)

Анализ кристаллизации отливки показывает образование большого количества тепловых узлов, которые затвердевают в последнюю очередь и не получают питания ни от верхней прибыли, ни от литникового хода. В данных зонах и следует ожидать появления большинства усадочных дефектов. Такой характер кристаллизации в первую очередь связан с геометрией отливки и для устранения нежелательных дефектов требуется использование каналов нагрева и охлаждения в форме для создания направленного затвердевания отливки.

Рис. 6. Кристаллизация металла в форме: в объеме отливки (слева), в отсеченной модели (справа)

Рис. 7. Кристаллизация металла в сечении отливки

В результате картина распределения макроусадочных дефектов выглядит следующим образом.

Рис. 8. Распределение макроусадочных дефектов в объеме отливки

Рис. 9. Распределение макроусадочных дефектов в сечении отливки

Рис. 10. Распределение макроусадочных дефектов в сечении отливки

Анализ критерия Нияма показывает высокую вероятность образования микропористости в тех местах отливки, где кристаллизация сплава проходила преимущественно объемно в короткий промежуток времени.

Рис. 11. Распределение микропористости в отливке (критерий Нияма)

Рис. 12. Распределение микропористости в отливке (критерий Нияма)

Результаты расчета показали полное совпадение выявленных дефектов с производственными, в результате было принято решения о внедрении ProCAST на предприятии.