CC BY
54
Влияние термической обработки на валковый чугун, модифицированный бором
Вдовин K. H., Зайцева А. А.
Из данных табл. 3 видно, что с ростом температуры отпуска твердость испытуемого чугуна марки ЛПХНМд-71(И) повышается. Она является одной из основных характеристик рабочего слоя валка, к которым предъявляют особые требования. Так как износостойкость находится в прямой зависимости от твердости, то повышение температуры отпуска будет положительно влиять и на износостойкость.
Список литературы
1. Металлоснабжение и сбыт. URL: http: //www.metalinfo.ru.
2. Мчедлишвили В.А., Ховрина В.В. Бор, кальций, ниобий, цирконий в чугуне и стали: пер. с англ. и под ред. С. М. Винарова. М.: Металлур-гиздат, 1961. 448 с.
3. Металловедение и термическая обработка стали и чугуна: справ. изд.: в 3 т. / МЛ. Бернштейн, Г.В. Курдюмов, B.C. Меськин и др.; под общ. ред. А.Г. Рахштадта, Л.М. Кауткиной, С.Д. Прокошкина, A.B. Супова. Т. 2. Строение стали и чугуна. М.: Интермет Инжениринг, 2005. 528 с.
4. Кюку Д., Нэва Н. и Фасевич Ю. Влияние бора на структуру и свойства стали // Сборник 65 мирового литейного конгресса. 2002. С. 45-48.
5. Крукович М.Г., Прусаков Б.А., Сизов И.Г. Пластичность борированных слоев. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. 384 с.
Bibliography
1. Magazine «Metallosupply and sale» //www.metalinfo.ru
2. Boron, calcium, columbium, and zirconium in iron and steel/Published for The Engineering Foundation by John Wiley & Sons, inc., New York Charman & Hall, ltd., London, 1961
3. Metallography and heat treatment of steel and iron: Refer. pub. in 3th v./M. L. Bernshtein, G. V. Kurdumov, V. S. Meskin and others/pub. by A. G.Rahshtadta, L. M. Kautkinoi, S. D. Proshkin, A. V. Supova. T.2. Structure of steel and iron. - M.: Intermet Engeneering, 2005. - 528 p.: il.
4. D. Kukuy, N. Nevar and Yu. Fasevich (Belorussian State Polytechnic Academy, Minsk, Belarus) The effect of boron on the structure and properties of a cast steel //Proceedings of 65th World Foundry Congress Gyeongju, Korea, 2002
5. Krukovich M. G., Prusakov B. A., Sizov I. G. Plasticity of boroned layers. -М.: FIZMATLIT, 2010. - 384 p.
УДК 621.74
Сушко Т.И., Леднев A.C., Пашнева T.B., Турищев В.В., Руднева И.Г.
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВКИ «КОРПУС» МЕТОДОМ лвм
В настоящее время в ОАО «КБХА» (г. Воронеж) для разработки технологического процесса получения новых литых изделий применяется метод «Проб и ошибок», что приводит к браку, многократному исправлению модельной оснастки, лишним плавкам металла и, как следствие, к длительному сроку освоения новых изделий и удорожанию конечной продукции. Несмотря на огромный опыт проектирования литнико-во-питающих систем в ОАО «КБХА», освоение новых изделий занимает длительный период времени. Причина этого - чрезвычайная сложность процессов формирования отливки в случае метода ЛВМ и отсутствие универсального метода проектирования ЛПС.
Для сокращения сроков и стоимости подготовки производства, а также снижения себестоимости отливок целесообразно использовать системы автоматизированного моделирования литейных процессов (САМ ЛП), предназначенные для моделирования литейных процессов заполнения формы металлом, затвердевания, образования усадочных раковин, макро- и микропористости, развития напряжений, цель которых - ускоренный поиск оптимальных параметров процесса затвердевания.
Целью данной работы являлось исследование процесса формирования отливки «Корпус», получаемой методом ЛВМ с помощью компьютерного моделирования в САМ ЛП ЬУМРЬтс'.
LVMFlow - профессиональная САМ-система компьютерного 3Б моделирования литейных процессов, позволяющая автоматизировать рабочее место технолога-литейщика и снизить затраты времени и средств на подготовку новых изделий. Современный подход к разработке технологического процесса получения качественных отливок основан на интенсивном использовании компьютерной техники, необходимого программного обеспечения и технологическо-
го оборудования на всех циклах отработки. Рабочее место технолога-литейщика оснащается компьютерной техникой для работы с конструкторской программой твердотельного моделирования SolidWorks, которая позволяет на основе исходного чертежа детали быстро создавать трехмерную модель отливки с ЛПС, а также сопутствующую документацию.
В зависимости от сложности получаемой отливки поиск оптимальной конструкции ЛПС с помощью САМ ЛП LVMFlow занимает 1-3 дня. При этом участие технолога-литейщика сводится к минимуму: ему остается лишь задать параметры моделирования и, после того как программа самостоятельно проведет расчет и подготовит результаты для просмотра, выбрать оптимальный вариант.
При необходимости, трехмерная модель передается технологу-программисту, который подготавливает управляющую программу для изготовления модельной оснастки на станках с ЧПУ.
Таким образом, внедрение LVMFlow служит основой для создания на предприятии системы сквозного проектирования литейной технологии, которая позволит производить изделия с требуемым уровнем качества в кратчайшие сроки.
С целью сокращения сроков отработки технологического процесса получения качественных литых изделий от ОАО «КБХА» поступило задание на проведение компьютерного моделирования отливки «Корпус».
Изделие «Корпус» представляет собой конструкцию, состоящую из двух цилиндров, пересекающихся под прямым углом с массивными фланцами (рис. 1).
Учитывая особенности геометрии изделия и предъявляемые эксплуатационные требования, было определено расположение отливки в форме - горизонтальное -для обеспечения получения плотного металла.
Рис. 1. Исходная модель изделия
По согласованию с отделом главного металлурга разработаны предварительные варианты литниково-питающей системы:
Вариант 1-3 массивные прибыли, расположенные на тепловых узлах отливки с подводом металла через боковую прибыль (рис. 2).
I/
Рис. 2. Подвод металла через боковую прибыль
Вариант 2-3 массивные прибыли, расположенные на тепловых узлах отливки с подводом металла через центральную прибыль (рис. 3).
Рис. 3. Подвод металла через центральную прибыль
Исходные данные для компьютерного моделирования задавались с учетом действующей технологии в ОАО «КБХА»:
- марка сплава - сталь 30ХМЛ;
- метод литья - литье по выплавляемым моделям с шамотным наполнителем;
- температура заливки металла - 1600 С;
- толщина оболочки - 25 мм;
- начальная температура формы - 700°С;
- время заливки - 30-40 с.
Дефекты обнаружены в тепловых узлах: под центральной и боковыми прибылями. Величина усадочной пористости достигает 8%, что является критичной для данного вида изделия.
Результаты моделирования вариантов 1 и 2 представлены на рис. 4.
Обнаружено, что в процессе затвердевания соединительные каналы, служащие ддя обеспечения оптимального заполнения формы металлом, затвердевают с большей скоростью и нарушают принцип направленно -го затвердевания (рис. 5). При дальнейшем исследовании данные каналы из конструкции удалены.
В процессе моделирования обнаружилось, что подвод металла через центральную прибыль сильно разогревает керамическую оболочку в месте соединения проходных каналов и приводит к значительным дефектам.
С другой стороны, заливка через боковую прибыль затруднена из-за конструкции вакуумной печи.
Дальнейшее моделирование проводили путем оптимизации центральной прибыли. Предложен вариант 3 с увеличенными размерами центральной прибыли. Результаты моделирования представлены на рис. 6.
Рис. 4. Усадочные дефекты: а, б - вариант 1; в, г - вариант 2
Рис. 5. Влияние соединительных каналов на затвердевание - жидкий металл
Оптимизация технологического процесса получения отливки «Корпус».
Сушко Т.И., Леднев А.С., Пашнева Т.В. и др.
а б
в г
Рис. 6. Процесс затвердевания - жидкий металл (вариант 3): а - 1 мин; б - 6 мин; в - 30 мин; г - усадочные дефекты
Как видно из полученных результатов, уровень дефектов по вариантам 1, 2 и 3 превышает допустимые значения.
Учитывая неудовлетворительные результаты по вариантам 1, 2 и 3, предложен вариант 4 - заливка металла через литниковую чашу с подводом металла в верхнюю часть прибылей (рис. 7). Высота центральной прибыли уменьшена на 100 мм, что позволяет сэкономить 40 кг металла.
Рис. 7. Вариант 4
Данный вариант конструкции ЛПС должен обеспечить подвод горячего металла в верхнюю часть прибыли к моменту окончания заливки для обеспече-ния направленного затвердевания.
Как показали результаты моделирования, уровень усадочных дефектов в проблемных зонах минимален и составляет менее 1%. Однако, учитывая высоту падения металла, вероятно разрушение керамической оболочки. Поэтому дальнейшая оптимизация данной конструкции ЛПС не проводилась.
Этапы заливки по варианту 4 представлены на рис. 8, 9.
Рис. 8. Жидкий металл (вариант 4)
Рис. 9. Усадочная пористость в боковом фланце (вариант 4)
Учитывая положительные результаты моделирования варианта 4, предложен вариант конструкции ЛПС (вариант 5), представленный на рис. 10.
Конструкция ЛПС должна обеспечить ярусное заполнение формы металлом с подводом горячего металла в верхнюю часть прибылей. С этой целью применена система питателей диаметром 20 мм в нижнем ярусе и 40 мм в верхнем с подводом металла к трем прибылям. Высота прибылей уменьшена на 100 мм, что обеспечивает снижение металлоемкости формы на 20%.
Анализ результатов моделирования показал, что усадочная пористость в проблемных местах составляет менее 0,5% размерами 5x5 мм и выведена в зону механической обработки, что является положительным результатом с учетом эксплуатационных характеристик изделия (рис. 11).
Рис. 10. Вариант 5
ного происхождения.
3. Вариант 4 с распределенным подводом металла в верхнюю часть прибылей может привести к разрушению керамической оболочки.
4. Вариант 5 с распределенным подводом металлом через систему ярусных питателей обеспечивает получение качественной отливки. При этом снижена металлоемкость формы на 20%.
5. Временные затраты на моделирование 5 вариантов приведены в таблице.
Временные затраты на моделирование (мин)
Вариант Построение 3D модели Ввод начальных условий в LVMFlow Моделирование затвердевания (без учета заливки) Моделирование с учетом заливки металла Итого
1 40 2 1 15 58
2 5 2 1 15 23
3 5 2 1 15 23
4 10 2 1 1 28
5 10 2 1 15 28
Рис. 11. Усадочная пористость
Выводы
1. Учитывая особенности геометрии изделия и предъявляемые эксплуатационные требования, определено расположение отливки в форме - горизонтальное - для обеспечения получения плотного металла.
2. При вариантах 1, 2 и 3 заливки металла через прибыли происходит разогрев формы в месте падения струи, что приводит к нарушению принципа направ -ленного затвердевания и, в итоге, к дефектам усадоч-
В итоге, временные затраты на проведение моделирование пяти вариантов составили менее 3 ч. Поиск оптимальной конструкции ЛПС в ОАО «КБХА» составляет примерно 1-3 месяца. Таким образом, достигнуто сокращение сроков подготовки производства в 100 раз! При этом не проводилось изготовление оснастки, пробные плавки металла и механическая обработка.
Список литературы
1. Экономика предприятия: учебник / С.К. Волков, Р.В. Воробьёва и др.; под ред. С.К. Волкова. М.: АРТЭС, 1997. 120 с.
2. Смирнов Г.А. Неисчерпаемый кокиль. М.: Техника моледёжи. 2003. № 7. С. 21-24.
3. Выбор оптимальной системы моделирования литейных процессов / Воронков Б.Г., Турищев В.В // CADmaster. 2005. № 2. С. 21-25.
Bibliography
1. Enterprise economics: a textbook / S.K. Volkov, R.V. Vorobjeva and others.; ed. S.K. Volkov.- Moscow: ARTES, 1997.-120.
2. Smirnov G.A. Inexahaustible chill / Smirnov G.A.. // M.: - Technology molodezhi: - 2003. № 7.- With. 21-24.
3. Voronkov B.G. Selecting the optimal system simulation of foundary processes / Voronkov B.G., Turishev V.V. // M: - CAD master.- 2005. № 2.-with 21-25.
