CC BY
13УДК 621.74.045
А.Н. Шпехт
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЛИТЬЯ В ГИПСОВЫЕ ФОРМЫ И МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ЛИТЬЯ
В статье рассматриваются вопросы перевода производства деталей, изготовляемых обработкой резанием, на литьё в гипсовые формы. Предложена методика проектирования технологического процесса литья в гипсовые формы с применением компьютерного моделирования. Данная методика позволяет снизить материальные и финансовые затраты, а также уменьшить время освоения производства деталей литьём в песчаные формы.
Ключевые слова: литейное производство, цветное литьё, литьё в гипсовые формы, литейные процессы.
Литейное производство - один из основных и достаточно дорогих видов производства деталей. Однако литьём можно получить достаточно сложные и точные детали, которые изготовлять методом механической обработки нецелесообразно.
Стальные точные отливки получаются способом литья по выплавляемым моделям, когда после выплавления модели остаётся керамическая оболочковая форма, в которую заливается металл. При получении отливок повышенной точности из цветных сплавов можно использовать в качестве литейной форму, состоящую из гипса и огнеупорных наполнителей. Это несколько удешевляет и упрощает изготовление отливок, но, вместе с тем, литьё в гипсовые формы позволяет получать отливки с чистотой поверхности 5 класса точности. Однако существуют и ограничения использования таких форм. Например, в таких формах можно получить отливки из цветных сплавов с температурой плавления не более 1300°С.
Освоение производства литых деталей традиционным методом занимает достаточно большой промежуток времени, на освоение затрачиваются материалы, финансовые ресурсы для проектирования и изготовления литейной оснастки. В случае получения отливки с дефектами огромное время уделяется поиску проблемы, приходится тратить ресурсы на дополнительное проектирование и изготовление литейной оснастки.
Рис. 1. Патрубок впускной турбокомпрессора дв. ЯМЗ-236, как типовая деталь
В работе предложена методика проектирования технологического процесса литья в гипсовые формы, при которой можно существенно снизить затраты на освоение новых опытных отливок при помощи такого этапа, как «компьютерное моделирование литейных процессов». По результатам данного этапа можно достаточно быстро найти причину появления дефекта в отливке и оперативно принять решение о дальнейших действиях.
© Шпехт А.Н., 2017.
Научный руководитель: Медведев Константин Александрович - кандидат технических наук, доцент, Сибирский государственный университет путей сообщения, Россия.
Был произведён анализ номенклатуры деталей, подлежащих изготовлению способом точного литья, по чертежам, предоставленных АО «15 ЦАРЗ» - авторемонтным предприятием, планировавшим освоить литейное производство. После того, как был произведён анализ номенклатуры деталей, была выбрана типовая деталь для изготовления литьём в гипсовые формы.
Данная типовая деталь изготовляется из алюминиевого сплава АК6М2 с температурой ликвидус 620°С, что удовлетворяет условию применения гипсовых форм.
Были изготовлены чертежи детали, отливки; проведено проектирование литниковой системы по конструктивным и технологическим рекомендациям.
По результатам проведения анализа систем автоматизированного моделирования литейных процессов (САМ ЛП) было решено использовать программу LVMFlow для проведения этапа компьютерного моделирования литейных процессов. Данная программа позволяет проследить за гидравликой расплава в форме, распределением температурных полей, началом кристаллизации расплава в форме, определением дефектов при кристаллизации и т.п., тем самым давая возможность технологу определить оптимальную конструкцию литниковой системы и начальной температуры заливки расплава. [1,2]
Для проведения процесса моделирования была предложена методика для данного этапа (Рис. 2). Данная методика позволяет получить результаты заполнения и затвердевания металла в форме.
Рис. 2. методика проведения компьютерного моделирования процесса литья в гипсовые формы в САМ ЛП «LVMFlow»
На рисунке 3 представлена 3Б-модель отливки с литниковой системой, готовая к работе в ЬУМБ^.
Рис. 3. 3Б-модель отливки с литниковой системой
После формирования исходных данных проводилось компьютерное моделирование процесса литья в гипсовые формы. Начальная температура заливки сплава - 710°С. Результатами моделирования являются график (рисунок 5), показывающий направленность затвердевания в контрольных точках (рисунок 4), что в отливке во время кристаллизации образовался один дефект, представленный на рисунке 6.
Рис. 4. Расположение контрольных точек
Тлик
S2 .........Д3--/-^ ' S10 g^ Тсол
--^^^ S7
\ S9 SS
0 so 160 240 Время, с
Рис. 5. График направленности затвердевания металла в форме
Рис. 6. Дефект в отливке
Также программа позволяет проследить за течением расплава (рис. 7) и распределением температуры (рис. 8)
Рис. 7. Течение расплава в определённый момент времени
Рис. 8. Распределение температуры в конце кристаллизации
Результаты компьютерного моделирования наглядно показали, где появляется дефект, по какой причине это происходит. После этого можно принять решение: корректировать конструкцию литниковой системы или провести моделирование при другой температуре заливки расплава.
При проведении исследования процессов заполнения и кристаллизации металла в форме были определены оптимальные температура заливки расплава в форму и конструкция литниковой системы для получения годной опытной отливки. Традиционным методом освоения производства для получения годной опытной отливки ушло бы не менее месяца. С этапом «компьютерное моделирование» на освоение потребовалась одна рабочая неделя. При этом, не было необходимости изготавливать специальную литейную оснастку, изготавливать литейные формы и производить заливки, что не привело к затратам при освоении производства опытной отливки.
Методика проектирования технологического процесса с этапом «компьютерное моделирование» в условиях производства позволяет значительно снизить расходы при освоении производства литых деталей, ускорить процесс освоения и минимализировать расходы материалов, а также осуществить переход производство деталей на АО «15 ЦАРЗ», изготовляемых обработкой резанием, на литьё в гипсовые формы.
Библиографический список
1. Формирование отливок из коррозионностойких сталей литьем по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением. Медведев К.А. диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Красноярск, 2006.
2. Разработка методики проектирования технологического процесса и регламента литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением (ЛВМКД). Чернов Н.М., Медведев К.А. Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2007. № 17. С. 185-194.
ШПЕХТ АНДРЕЙ НИКОЛАЕВИЧ - магистрант, Сибирский государственный университет путей сообщения, Россия.
