Виртуальный инжиниринг

Расчет стальной отливки

В данном примере проводилось моделирование стальной отливки из сплава 35ХГСЛ методом литья по выплавляемым моделям. При производстве данных отливок в 50% случаев возникал брак: в нижней части изделия появлялись трещины. Поэтому основной задачей моделирования являлось определение напряженно-деформированного состояния отливки, выявление зон образования холодных и горячих трещин, оценка коробления отливки. Также проводился расчет заполнения формы и кристаллизации отливки с определением картины распределения усадочных дефектов.

Анализ заливки формы показывает очень хорошие результаты: заполнение проходит плавно, без всплесков и турбулентного течения. В результате исключается появление газовых раковин, засоров отливке.

Кристаллизация сплава имеет строго направленную структуру: от отливки к питателям и стояку, что обеспечивает получение отливки без усадочных дефектов.

Оценка напряженно-деформированного состояния отливки показывает основную причину появления холодных трещин в отливке: высокую концентрацию растягивающих напряжений в зоне перехода тонкой и толстой стенки. Концентрация напряжений в этом месте вызвана несколькими причинами. Во-первых, образованием механических напряжений, вызванных сопротивлением формы при усадке металла. В результате нижняя часть отливки приподнимается вверх, уводя за собой питатель, что приводит к деформации отливки данном месте. Во-вторых, появлением термических напряжений в отливке, так как тонкая стенка кристаллизуются и испытывает усадку быстрее, чем толстая стенка с подведенным к ней питателем. В результате этого возникает растягивающее напряжение, концентрирующееся в граничной зоне.

Для минимизации данных негативных факторов был предложен комплекс мер: увеличение минимальной толщины стенки отливки на 2-3 мм, увеличение радиуса скругления в месте соединения тонкой и толстой стенки, уменьшение диаметра нижнего питателя для снижения перегрева толстой стенки отливки. Данные действия помогут снизить разницу во времени кристаллизации разных частей отливки и, таким образом, уменьшить образование высоких растягивающих напряжений в данной зоне.

Также при расчете напряженно-деформированного состояния отливки можно оценить места возникновения горячих трещин. За это отвечает специальных инструмент "Индикатор горячих трещин", который оценивает появление напряжений в отливке в момент ее кристаллизации, коробление отливки и возможность появление разрывов в не до конца затвердевших частях отливки.

В данном случае основные места образования горячих трещин – зона перехода тонкой и толстой стенки отливки – также вызваны неравномерностью кристаллизации отливки и появлением напряжений в момент, когда толстая часть отливки еще не затвердела. Основные рекомендации для устранения этого дефекта такие же, как и для предыдущего случая: уменьшение разницы толщин стенок отливки и снижение перегрева толстой стенки за счет уменьшения толщины питателя.