Дипломный проект (Проект цеха получения отливок по выплавляемым моделям из специальных сплавов мощностью 2000 тонн в год), страница 8

;

мм.

4. Выпор. По построению ширина верхней части закрытой прибыли при составляет мм. Диаметр выпора:

мм.

Принимаем мм.

Расчет литниковых каналов. Литниковые каналы должны обеспечивать хорошую заполняемость литейной формы, включая узкие полости, и предупреждать попадание в отливку воздуха и плотных неметаллических включений.

1. Расчет необходимой удельной скорости заливки . Длина тонкой стенки отливки мм, толщина тонкой стенки мм. При заливке сверху . Тогда требующуюся удельную скорость заливки можно вычислить по эмпирической формуле:

.

2. Выбор конструкции литниковых ходов. Выбираем конструкцию литниковых ходов в которой отсутствует узкое сечение, скорость заливки регулируется заливщиком.

3. Расчет суммарной площади узких сечений. Приняв см, определим суммарную площадь узких сечений:

м² = 0,631 см².

4. Расчет диаметра центрального стояка. Площадь сечения стояка должна быть на 10 – 20% больше суммарной площади узких сечений,

т.е. см². диаметр стояка соответственно будет равен:

мм.

Остальные размеры выбираем конструктивно.

2.8. Оптимизация литниково – питающей системы отливки с применением компьютерного моделирования.

При разработке технологии изготовления детали «Вилка верхняя» условия работы диктуют жесткие требования к ней. Повышенные требования к герметичности , высокие требования к поверхности, класс точности, минимальная пористость , отсутствие холодных и горячих трещин, газовых раковин, коробления выдвигают метод ЛВМ для производства данной отливки.

Получение заготовок ЛВМ – сложный, дорогостоящий и трудоемкий процесс, поэтому ошибки в технологическом проектировании приводят к большим материальным потерям. Значительно ускорить этот процесс, снизить стоимость подготовки производства и исключить ошибки в техпроцессе можно его моделированием. Автоматическое проектирование и моделирование техпроцесса изготовление отливок, в отличие от базовой графической платформы, в ходе подготовки производства позволяет:

• производить расчет заполнения формы расплавом и наблюдать на мониторе в трехмерном виде этот процесс и контролировать его;

• моделировать затвердевание отливки, увидеть на мониторе микропористость, усадочные дефекты и управлять таким образом тепловым балансом системы отливка – форма;

• моделировать напряженно – деформированного состояние отливки, увидеть горячие трещины, напряжения, коробление отливки;

• создать оптимальную литниково – питающую систему моделируемой отливки;

• сократить сроки проектирования и минимизировать и минимизировать затраты на отработку техпроцесса изготовления литых заготовок.

Программы математического моделирования основываются на одном из трех методов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки, ограничивающие область их применения.

Метод конечных разностей МКР (Magmasoft) позволяет в кратчайшие сроки получить распределение усадочных дефектов, но его недостаток – в недостаточном учете геометрии. Более точный расчет дает метод контрольных объемов – МКО (LVMFlow), обеспечивающий хороший учет границ между материалами. С проблемами для отливок ответственного назначения, в которых трудно выявить незначительные усадочные дефекты, способны справится лишь некоторые программы. Эта задача решается методом конечных элементов – МКЭ (ProCAST).

В связи с повышенными требованиями , предъявляемыми к отливке, необходимо выбрать такой пакет программ, в котором будет максимально учтена геометрия отливки, что и позволит выявить даже незначительные дефекты. Для этого более всего подходит МКЭ и программа ProCAST. МКЭ является сеточным методом, предназначенный для решения задач микроуровня, для которого модель объекта задается системой дифференциальных уравнений в частных производных с заданными краевыми условиями. Существенным достоинством применения МКЭ является возможность построения на модели ячейки переменного размера, что труднодостижимо при использовании метода конечных разностей и контролируемого объема. Эта функция позволяет увеличить точность расчета напряжений в тонких стенках отливки при уменьшении размера ячейки в этих сечениях и повысить эффективность расчета благодаря укрупнению размера сетки в массивных узлах отливки, в том числе и прибылях.

Основа ProCAST – это три решателя (Solvers): гидродинамический (Flow Solver), тепловой (Thermal Solver) и решатель напряжений (Stress Solver). В качестве дополнительных опций предлагается внушительный список модулей, расширяющих базовые возможности программы.

Почти все модули ProCAST используют для решения соответствующих дифференциальных уравнений МКЭ. Исключение составляет модуль расчета газовой и микропористости (Advanced Porosity Module), использующий МКР и модуль расчета процесса зарождения и роста зеренной структуры (CAFE), сочетающий в себе МКЭ и клеточные автоматы.

Комплект выбранных программ моделирования состоит из программ:

• Solid Works, в которой строится 3 – D геометрия отливки и модельного блока;

• ProCAST, в которой моделируется изготовление отливок.

Компьютерное моделирование изготовления отливок можно разделить на следующие этапы:

• первый этап – построение 3 – D геометрии отливки в CAD – пакете и подготовка расчетной конечно – элементной сетки;

• второй этап – выбор материалов, граничных и начальных условий процесса, параметров расчета;

• третий этап – запуск расчета ProCAST;

• четвертый этап – просмотр и анализ результатов расчета.

Первый этап. Объемную конечно – элементную сетку (КЭ) создаем с использованием сеточного генератора MeshCAST, загрузив в него геометрию модельного блока, оболочки, и опоки с наполнителем через промежуточный формат Parasolid, сохраненную в CAD – системе Solid Works. Далее строим объемные КЭ – сетки от отливки с ЛПС к опоке с наполнителем, что позволило для ее оптимизации варьировать размер элементов в разных частях отливки. КЭ – сетка формы в сборе представлена на рисунке 2.1.

Рис. 2.1. Объемная конечно – элементная сетка формы в сборе.

Второй этап. Здесь особо надо отметить термодинамическую базу ProCAST, которая снимает все проблемы в поиске свойств для отечественных сплавов или подборе их аналогов из зарубежных сплавов. С помощью термодинамической базы данных возможен расчет теплофизических и механических свойств сплава по его химическому составу. Расчет свойств проводится для сплавов на основе Fe, Al, Cu, Mg, Ni и Ti с использованием основных легирующих компонентов. Получаемые свойства имеют переменное значение в необходимом температурном интервале, что обеспечивает высокую точность расчета. Термодинамическая база данных ProCAST позволяет рассчитать следующие теплофизические свойства: теплопроводность (Вт·К/м2); плотность (кг/м3), энтальпию (кДж/кг), долю твердой фазы в интервале кристаллизации, температуру солидус и ликвидус (°С), вязкость расплава от температуры (сП). Возможно также рассчитать некоторые механические свойства: модуль Юнга, МПа; коэффициент Пуассона; коэффициент линейного расширения, 1/°С. Этих механических свойств достаточно для расчета напряженно – деформированного состояния отливки по линейно – упругой модели.

Свойства материалов формы, оболочки и отливки, начальные и граничные условия задаем согласно технологическому процессу в модуле PreCAST в следующем порядке:

• генерируем свойства сплава 30ХНМЛ в термодинамической базе данных (рисунок 2.2). Для заливаемого материла выбираем сгенерированный сплав 30ХНМЛ, для оболочки и формы выбираем материал керамика (CERAMIC) из базы данных программы;

Рис.2.2. Генерация свойств сплава 30ХНМЛ и задание свойств материалов.

• создаем и назначаем контактные поверхности между компонентами (рисунок 2.3). При моделировании литья по выплавляемым моделям тип всех контактных поверхностей необходимо конвертировать из EQUIV в COINC. После создание контактных поверхностей необходимо установить значение коэффициента теплоотдачи для каждой контактной поверхности. Для выплавляемых моделей коэффициент теплоотдачи равен h=500;

• устанавливаем граничные условия (ГУ). В дополнении к ГУ определяющим условия симметрии для поверхностей оболочки устанавливается коэффициент теплоотдачи с включенной опцией (ON) View Factors. Скорость и температура устанавливаются для верхней поверхности литника (рисунок 2.4.).

Рис. 2.3. Создание и назначение контактных поверхностей между компонентами.

Рис. 2.4. Заданные граничные условия (Т_зал=1610^о С, V_зал=0,5 м/с).

• устанавливаем гравитацию в меню Process g=9,81 м/с²;

• задаем константы начальных условий (рисунок 2.5.);

Рис. 2.5. Константы начальных условий.

• для расчета напряженно – деформированного состояния задаем свойства материалов. В расчете форму и оболочку задаем как абсолютно жесткое тело (Rigid) для моделирования максимально жестких условий при деформации отливки, а свойства материала выбираем из термодинамической базы данных (рисунок 2.6.);

Рис 2.6. Задание свойств напряженно – деформированного состояния.

• устанавливаем параметры запуска. В меню Preference выберите опцию Свободная заливка (Gravity filling).Соответствующие необходимые параметры запуска будут установлены автоматически. Активируем решатель напряженно – деформированного состояния, изменив в меню Stress значение с 0 на 1.

Третий этап. Запускаем расчет в ProCAST. Следует отметить, что все модули работают одновременно, в одно и то же время происходит расчет гидродинамики – заполнения формы сплавом, кристаллизации и охлаждения отливки, образования напряжений и деформаций отливки.

Четвертый этап. Просмотреть результаты моделирования отливки можно в постпроцессоре программы ViewCAST. По результатам моделирования можно сделать следующие выводы: