Виртуальный инжиниринг

Пример моделирования технологии литья в ХТС форму

Моделирование технологии литья чугунной отливки из сплава СЧ20 проводилось в программном комплексе ProCAST. Программный продукт ProCAST разработан специально для решения задач моделирования литья и позволяет технологу проверить имеющуюся или разработать новую технологию в виртуальном пространстве программы.

Масса отливки составляла 1,7 тонн, форма производилась из ХТС-смеси по alfa-set процессу. Температура заливки – 1400°С, время заполнения формы – 32 секунды.

Задачи моделирования технологии литья:

  1. Расчет гидродинамики заполнения формы. Оценка эффективности существующей конструкции литниковой системы.
  2. Моделирование кристаллизации отливки и оценка усадочных дефектов.

Форма в расчете учитывалась при помощи граничного условия «Виртуальная форма». Данный подход при моделировании технологии литья позволяет проводить расчет без построения расчетной сетки формы и значительно экономит время моделирования для литья в песчано-глинистые формы.

Основной неблагоприятный фактор при заливке – это захват воздуха потоком в прибылях. Это может привести к образованию газовой пористости в отливке, что также усугубляется отсутствием больших прибылей в системе. Моделирование технологии литья в ProCAST позволяет определить вероятность появления таких дефектов.

В конце заливки видно смыкание двух встречных фронтов металла в центре отливки. В данном случае температура металла не достигла точки Ликвидуса, однако в случае снижения температуры заливки, следует ожидать образование холодного неспая в данном месте.

Для оценки характера течения металла в зоне подвода металла очень удобно пользоваться векторным отображением течения металла. Здесь наблюдается турбулентное течение на протяжении всего процесса заполнения в прибылях (рис. 2), а также в стенке отливки, к которой примыкают питатели (рис. 3). Это опасно, во-первых, захватом воздуха в прибылях в начальный момент времени, и, во-вторых, скоплением и удержанием газовых пузырей в стенке отливки на границе образования двух вихревых потоков между смежными питателями. В конечном итоге это приведет к образованию газовой пористости в данном месте.

Ниже представлены результаты кристаллизации сплава в форме. Здесь по цветовой шкале на каждом рисунке можно определить количество твердой фазы в сплаве в момент затвердевания. При достижении 60% твердой фазы результаты скрываются, таким образом, мы можем рассмотреть кристаллизацию отливки в объеме и определить все образующиеся локализованные жидкие карманы металла в тепловых узлах отливки.

В результате картина усадочных дефектов в отливке выглядит следующим образом.

По результатам моделирования технологии литья чугунной отливки выявлена возможность образования газовых пор из-за захвата воздуха при заполнении формы. Для устранения данных дефектов предложено изменить литниковую систему так, чтобы избежать вихревого течения в прибылях. Например, установить шлакоуловитель и прибыли на одном уровне с подводом металла через дополнительный литник.