CC BY
125
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВКИ В ПРОГРАММЕ NOVAFLOW & SOLID CV 4.6R4 Харитонов Андрей Александрович, магистрант
(e-mail: andrey.hharitonov@yandex.ru) Верещагина Александра Сергеевна, к.т.н., доцент Новосибирский государственный технический университет,
г.Новосибирск, Россия (e-mail: osa321@gmail.ru)
В статье рассматривается процесс моделирования получения заготовки детали корпус методом литья под давлением с помощью специального программного обеспечения NovaFlow & Solid CV 4.6r4.
Ключевые слова: литье, машиностроение, дефекты.
Литейное производство - важная отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных деталей путем заливки расплавленного материала в форму или полость, которая имеет конфигурацию требуемой отливки.
После заливки материала, происходит охлаждение и его затвердевание -получается отливка, которая при необходимости в дальнейшем подвергается механической обработке. Поэтому главной задачей литейного производства - получение заготовок, максимально приближенных к форме изготавливаемых деталей. На производстве существует большое количество методов литья, такие как [1]:
1) литье в землю
2) литье в кокиль
3) литье под давлением
4) центробежное литье
5) литье по выплавляемым моделям
Каждый из методов имеет свои достоинства и недостатки. Чтобы правильно выбрать метод литья нужно учитывать большое количество параметров, такие как точность детали, шероховатость, материал, служебное назначение и т.д.
Но рациональный выбор метода литья не ведет к получению качественной отливки. В процессе литья могут возникнуть дефекты, такие как перегревы, полости, раковины, непроливы и т.д. Они могут быть обнаружены непосредственно после получения отливки или же при дальнейшей механической обработке. При этом заготовку пытаются доработать или же отправляют в брак на переплавку.
На сегодняшний день разработано большое количество программных продуктов, которые помогают инженерам-технологам в моделировании и анализе различных вариантов получения заготовок. Одной из таких программ является NovaFlow & Solid (рисунок 1), позволяющая производить моделирование, основанное на физических теориях тепловых, диффузион-
ных, гидродинамических и деформационных явлений, способен адекватно отразить картину физико-химических процессов, происходящих при заполнении жидким металлом формы, кристаллизации многокомпонентного сплава, отжига и т.д. [2].
Й Mev.FI«. а Цригр мйН*фМ«И* О ж
Мо1гаНоиг & 5оИс1 СУ £=~ СВНМиСЗН!'
^ 3 О конввртвр
Начальны* уелмия
^^ Моделирование яатвердеыния
.. Полная аадача
Н^^В Ркчет напряжений
£ 1 ■^У^^В ^ Б» ми паспортов
Банк сплавов ¡3. РО-дил грамма
сои сНжпЬ« <па1»кн1 Н«4 сН*я|1т та«!« ГМОУАСАЭТ
Рисунок 1 - NovaFlow & Solid ^ 4.6г4
С помощью этой программы ориентируется деталь в пространстве, создается форма для литья, задается материал формы и детали, температура, литниковые точки и т.д. После предварительной подготовки происходит моделирование процесса и производится расчет различных параметров: время заполнения формы, усадка, жидкая фаза (рисунок 2). Весь процесс можно наблюдать визуально и видеть все нюансы процесса. После окончания заливки существует возможность увидеть места дефектов на модели и пористость с помощью критерия Нейямы.
Рисунок 2 - Моделирование процесса Для детали корпус был выбран альтернативный метод получения заго-
товки, а именно литье под давлением [3]. Материал Д16 был заменен на литейный аналог Ал 2. С помощью программного продукта NovaFlow & Solid CV 4.6г4 был смоделирован процесс получения заготовки методом литья под давлением.
Моделирование процесса проводилось при различном количестве точек подвода, с параметрами процесса: подпрессовка потока 500 - 1000 бар, скорость движения штока 1,25 - 2,5 м/с, давление в камере 1250 -2500 бар.
При использовании одного ручья (рисунок 3) для подвода материала, длительность заливки составляет более 100 мин, при этом жидкая фаза в начале процесса (10 % заливки) начинает терять свои свойства и затвердевать. К концу заливки наблюдается большое количество мест дефектов.
Рисунок 3 - Один ручей для подвода материала
При подводе материала в два ручья снижение свойств жидкой фазы в начале процесса (10 % заливки) не наблюдается. Сам процесс заливки идет намного быстрее (время заливки составляет 50 мин), скорость заливки увеличивается на 53 %.
Ручей
Рисунок 4 - Два ручья для подвода материала
И последний вариант вычислительного эксперимента, при использовании трех ручьев для подвода жидкого материала для заливки формы детали (рисунок 5), идет во много раз быстрее, по сравнению с первым вариантом скорость заливки увеличилась на 64 %, со вторым на 24 %.
Рисунок 5 - Три ручья для подвода материала
Результаты численного эксперимента для различного количества подводов и параметров (подпресовка материала, скорость поршня и т.д.), представлены в таблице 1 и на рисунке 6.
Таблица 1 - Результаты эксперимента
Количество подводов 10 % 20 % 30 % 40% 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 %
Время заполнения, мин
1 10:40 21:20 32:00 42:40 53:20 64:00 74:40 85:20 96:00 106:40
2 5:01 10:02 15:03 20:04 25:05 30:06 35:07 40:08 45:09 50:10
3 3:50 7:40 11:30 15:20 19:10 23:00 26:50 30:40 34:30 38:20
Рисунок 6 - Результаты эксперимента
Следует так же обратить внимание на форму подводов. Рассматривали два варианта: с прямолинейным, узким участком подвода (рисунок 7, а) и цилиндрической формой подвода (рисунок 7, б). Первый вариант подвода является более предпочтительным, так как исключает возможное расплескивание материала и дает нам порционное и равномерное течение расплава.
Торец формы
Залийка материала
а
Торец формы
Золидко материала
jf ч/v
- v \ 1 ч ^ V
б
Рисунок 7 - Варианты подвода жидкого материала к форме а - прямолинейный подвод; б - цилиндрический подвод
Проделанный вычислительный эксперимент и моделирование с помощью специального программного обеспечения, помогает провести оптимизацию процесса заливки и выявить закономерности, которые оказывают влияние на процесс. Оптимальным количеством подводов считается три (время заливки уменьшается почти в 3 раза), подпрессовка потока 1000 бар, скорость движения штока 2,5 м/с, давление в камере 2500 бар, при этом данные параметры ограничены возможностями применяемого на производстве оборудования. Моделирование позволит избежать нерационального выбора метода получения заготовки, а также подобрать оптимальные параметры для технологического процесса.
Список литературы
1. Технология машиностроения: [учебное пособие] / Х. М. Рахимянов, Б. А. Кра-сильников, Э. З. Мартынов - Новосибирск : Изд-во НГТУ , 2009. - 252 с.
2. Руководство пользователя Novaflow & Solid cv 4.6r4, NovaCast Systems AB, Soft Center, 2011.
3. Верещагина А.С., Иванова М.В., Харитонов А.А. Обоснование выбора метода получения заготовки детали «корпус» // Актуальные проблемы в машиностроении- 2018. -Том 5 №3-4- с. 15-19.
Andrey Kharitonov, master's student (e-mail: andrey.hharitonov@yandex.ru) Vereshchagina Alexandra, Ph. D., associate Professor Novosibirsk state technical University, Novosibirsk, Russia
MODELING OF THE PROCESS OF OBTAINING THE BLANKS IN THE PROGRAM NOVAFLOW & SOLID CV 4.6R4
The article discusses the process of modeling the workpiece housing by injection molding using a special software NovaFlow & Solid CV 4.6r4. Key words: casting, mechanical engineering, defects.
УДК 621.795.75-52
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ РАСЧЕТЕ СВАРНОЙ КОНСТРУКЦИИ СТОЙКИ Юзбашян Г.А., студент, (e-mail: garogaro979@mail.ru) Котельников А.А., к.т.н.
Юго-Западный государственный университет, Курск, Россия (e-mail: kotelnikov.anatoliy@mail.ru)
В статье представлено исследование напряженно - деформированного состояния сварной конструкции стойки. Приведен сравнительный анализ результатов расчета методом сопротивления материалов и методом конечных элементов.
Ключевые слова: метод конечных элементов, допускаемые напряжения, стойка
Расчет на прочность сварных соединений стойки методом сопротивления материалов.
Стойка - стандартный профиль конструктивных элементов из черного проката или дерева, имеющий сечение, близкое по форме к букве «Н». Балка двутаврового профиля в тридцать раз жестче и в семь раз прочнее балки квадратного профиля аналогичной площади сечения, что превосходит прочность швеллера
Технические требования к производству конструкционных стоек указаны в содержании ГОСТ 26020-83. Тавровые (поясные) и стыковые (стыки листов полок и стенок) швы должны выполняться механизированной сваркой (автоматической под флюсом или полуавтоматической в среде защитного газа) с плавным переходом швов к основному металлу.
Сама же стойка состоит из 3 свариваемых между собой под углом 90°С металлических полос.
Стойка выполнена из материала Ст3, рассчитанная масса стойки 320 кг.
