Дипломный проект (Проект цеха получения отливок по выплавляемым моделям из специальных сплавов мощностью 2000 тонн в год), страница 9

1. Усадочные раковины в отливке. По результатам моделирования заливки и кристаллизации отливки выявляются усадочные раковины в нижних частях тонких стенок отливки из – за возникающих тепловых узлов (рисунок 2.7.), а также часть усадочной раковины в верхней части отливки попала в тело отливки из – за недостаточного питания отливки прибыльной частью (рисунок 2.8).

Рис. 2.7. Тепловые узлы в отливке.

Рис. 2.8. Усадочные раковины в отливке.

2. Заполнение формы расплавом. Как показал расчет, заполнение формы происходит достаточно спокойно, без образования всплесков, что также подтверждается при просмотре скорости потока при при заполнении формы. Максимальная скорость наблюдается только в литнике, питающем прибыль. Скорость в нем возрастает до 1,7 м/с за счет резкого перехода площади сечения от стояка к прибыли.

3. Напряженно – деформированное состояние отливки. Анализ результатов расчета показал, что на момент выбивки отливки общий уровень напряжений достаточно велик в зоне тонких стенок отливки (рисунок 2.9), что приводит к высокому уровню остаточных пластических деформаций (короблению). На рисунке 2.10 показаны перемещения отливки по окончании процесса затвердевания. Перемещения (коробление) в тонких стенках отливки составили мм по всей протяженности тонких стенок, а максимальные нормальные напряжения составили МПа.

Рис. 2.9 Уровень напряжений в отливке.

Рис. 2.10. Коробление отливки.

По результатам моделирования отливки, для оптимизации ее литниково – питающей системы принимаем следующие технологические решения:

1. Увеличиваем объем прибыли на 10% для устранения усадочной раковины в верхней части отливки. Снижаем температуру прокаливания формы до 700⁰ С для устранения усадочных раковин в тонких стенках отливки. Увеличиваем диаметр выпора до 30 мм.

2. Для устранения коробления отливки, четыре проушины соединяем технологической «перемычкой».

Результаты моделирования отливки после ее оптимизации представлены на рисунках 2.11, 2.12, 2.13.

Рис. 2.11 Коробление отливки.

Рис.2.12. Усадочные раковины в отливки. Фиолетовый – 0% усадки.

Рис 2.13. Усадочные раковины в отливке.

По результатам оптимизации максимальное перемещение составило мм, были устранены усадочные раковины в зоне тонких стенок, а также подобран наиболее оптимальный объем прибыли.

2.9. Расчет времени затвердевания отливки.

Расчет времени затвердевания отливки выполнен в программе ProCAST. ProCAST – система, построенная на модульном принципе. В системе ProCAST необходимо выполнить определенную последовательность шагов:

1. Сгенерировать конечно – элементную модель.

2. Подготовить данные для расчета.

3. Произвести расчет.

4. Интерпретировать его результаты.

Рис 2.14. Блок – схема работы в ProCAST.

Порядок проведения расчета.

1. В модуле MechCAST осуществляем чтение 3D – модели отливки «Вилка верхняя», предварительно созданную в CAD системе SolidWorks. Производим проверку импортированной геометрии отливки, исправляем ошибки с помощью встроенного графического редактора в модуль MechCAST. Выполняем автоматическое построение 2D и 3D конечно – элементной сетки (тетраэдральной) для системы ProCAST. Используем генератор оболочек для генерации оболочек для литья по выплавляемым моделям.

2. В модуле PreCAST считываем конечно – элементную модель, назначаем свойства материалов для различных компонентов модели, задаем контактные, граничные и начальные условия. Для решения задачи затвердевания отливки в модуле PreCAST вводим следующие параметры:

• Задание свойств материала формы. Для задания свойств формы, выбираем материал – керамика.

• Для задания свойств материала 30ХНМЛ отливки используем встроенный модуль в PreCAST. Задав химический состав сплава, программа генерирует термодинамические, гидравлические и напряженно-деформированные свойства сплава.

• Вводим способ охлаждения – охлаждение на воздухе.

• Вводим температуру внешней среды – С.

• Вводим значение гравитации – м/с².

• Температуру формы и отливки задаем согласно технологическому процессу литья. С, С.

• Загружаем модуль DataCAST, который компилирует настройки и создает необходимые для расчета файлы.

• Модуль ProCAST выполняет анализ.

• ViewCAST – постпроцессор, позволяющий визуализировать результаты расчета в виде отчета ProCAST.

Рис.2.15. Результаты расчета времени затвердевания отливки в программе ProCAST.

По результатам расчета время затвердевания отливки составило секунд или 66,3 минуты. Результаты расчета затвердевания отливки в программе ProCAST представлены на рисунке 2.15.

2.10. Расчет шихты.

Химический состав 30ХНМЛ приведен в таблице 2.1. Шихтовые материалы и их состав в массовых долях процента приведен в таблице 2.4.

Таблица 1.3.

Угар элементов, %.

Расчёт содержания элементов в шихте:

Таблица 2.4.

Выбор шихтовых материалов.

Расчет шихты производим с помощью ЭВМ.

Балансовые уравнения по содержанию химических элементов:

По углероду: