Разработка методики процессов литья по выплавляемым моделям с использованием программного продукта ProCAST Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Технология и мехатроника в машиностроении

УДК 621.74.045

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЦЕССОВ ЛИТЬЯ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА PROCAST*

Н. В. Николаева, А. В. Рогожкин, Р. А. Вдовин

Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва

(Национальный исследовательский университет) Российская Федерация, 443086, г. Самара, Московское шоссе, 34. E-mail: [email protected]

При решении вопросов, связанных с литейным производством, система автоматизированного моделирования литейных процессов (САМ ЛП) ProCAST является незаменимым инструментом технолога-литейщика. Программа имеет широкие возможности, оперативность получения необходимых результатов и невысокую стоимость.

Ключевые слова: система автоматизированного моделирования литейных процессов (САМ ЛП), ProCAST, метод конечных элементов (МКЭ).

CASTING PROCESS METHDOLOGY DESIGN USING SOFTWARE PRODUCT PROCAST

N. V. Nikolaeva, A. V. Rogozhkin, R. A. Vdovin

Samara State Aerospace University named after academician S. P. Korolev (National research university) 34, Moskovskoye shosse, Samara, 443086, Russian Federation. E-mail: [email protected]

In solving the problem connected with foundry CAE system of casting process ProCAST is an essential tool for an engineer-foundry. The program has ample opportunities, efficiency in getting necessary results and low cost.

Keywords: CAE system, ProCAST, finite element technique.

На сегодня в мире насчитывается более десяти систем автоматизированного моделирования литейных процессов (САМ ЛП). Специалистам хорошо известны такие программы, как Magma, WinCast (Германия), американские ProCAST и Soli^ast (США), финская CastCAE (Финляндия), российские программы «Полигон» и LVMFlow (Россия).

Опыт практического применения САМ ЛП показывает, что программные продукты зарубежных производителей получают серьезное распространения на российском рынке. Не останавливает потребителей ни высокая цена программ, ни отсутствие в большинстве случаев русского интерфейса и отечественной базы данных по материалам и сплавам. Зарубежные программы для моделирования литейных процессов, используемые сегодня в России, в основном характеризуются степенью полноты факторов, учитываемых при моделировании.

Рассмотрим подробнее американскую программу ProCAST. Программа ProCAST использует в качестве математического метода метод конечных элементов (МКЭ).

Метод конечных элементов базируется на уравнениях тепломассопереноса в интегральном виде. Область, в которой решаются уравнения, разбивается на элементы, внутри которых строятся аппроксиманты функций на основе системы базисных функций, определенных на элементе. «Проецируя» интегральные уравнения на эти базисы, получают систему разностных уравнений. Система сложная, её решение требует больших ресурсов

памяти и немалого времени. Одно из главных достоинств метода конечных элементов - хорошая аппроксимация границы, а основные недостатки - необходимость в добротном генераторе конечных элементов, сложность уравнений и невозможность факторизации.

ProCAST - профессиональная система компьютерного моделирования литейных процессов методом конечных элементов, обеспечивающая совместное решение температурной, гидродинамической и деформационной задач вместе с уникальными металлургическими возможностями для всех процессов литья и литейных сплавов.

Основа ProCAST - единый графический интерфейс Visual Environment с интегрированными в него генератором конечно-элементных сеток, препроцессором, базами данных, постпроцессором и двумя решателями: гидродинамическим (Flow solver) и тепловым (Thermal solver). В качестве дополнительных опций предлагается большой список модулей, расширяющих базовые возможности программы.

Рассмотрим проектирование процесса литья по выплавляемым моделям в программе ProCAST на примере модели «цапфа».

Для расчета необходимы следующие граничные и начальные условия: материал детали - 10Х18Н9БЛ; температура солидуса, ликвидуса и температура за-

Работа выполнена при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (Минобрнауки) на основании Постановления Правительства РФ № 218 от 09.04.2010 г. (шифр темы 2013-218-04-4777) на оборудовании ЦКП.

Решетневскуе чтения. 2014

ливки данного сплава - Тликвидус = 1441,07 °С, ТСолидус = = 1419,07 °С, Тплавки = 1540 °С ±10 °С; 3Б-модель лит-никово-питающей системы в сборе, созданная в программе МХ 8.5 (рис. 1).

Рис. 1. 3Б-модель литниково-питающей системы

Рис. 2. Определение усадки и пористости при заливке металлом формы

Подробнее рассмотрим результаты показания пористости и усадки, которые являются одними из наиболее значимых результатов проведенного расчёта. Усадка является одним из важнейших литейных свойств сплавов. Как известно, усадочные процессы в отливках протекают с момента заливки расплавленного металла в литейную форму вплоть до полного охлаждения отливки и непосредственно влияют на качество отливки.

На рис. 2 видно, что процентное содержание пористости и усадки металла составляет 0 %, что свидетельствует о получении годной отливки без дефектов

в микроструктуре металла и отсутствии пористости и усадки.

Исходя из полученных расчётов, можно судить о том что при заливке выходит 100 % проливаемость детали; при данной заливке, согласно результатах расчёта, усадки и пористости металла не наблюдается.

Данная литниково-питающая система подходит для отливки детали «патрубок».

Подобные расчёты необходимо проводить для того, чтобы вовремя устранить усадочные дефекты ещё на стадии проработки математической модели [1]. Это позволяет значительно сократить сроки изготовления отливок путем своевременного внесения изменений в конструкцию литниково-питающих систем, что обеспечивает: повышение качества отливок; уменьшение цены продукта. Поэтому при решении вопросов, связанных с литейным производством, САМ ЛП ProCAST является незаменимым инструментом технолога-литейщика [2].

Библиографические ссылки

1. Вдовин Р. А., Смелов В. Г. Совершенствование технологического процесса многономенклатурного производства // Изв. Самар. науч. центра РАН. 2013. Т. 15, № 6(3). С. 612-619.

2. Вдовин Р. А., Смелов В. Г. 3Б-виртуальное моделирование и оптимизация технологического процесса литья детали «Завихритель II контура» ГТД с использованием компьютерных технологий // Вестник Самар. гос. аэрокосмич. ун-та им. акад. С. П. Королёва (Национального исследовательского университета). 2012. № 3-3. С. 115-120.

Reference

1. Vdovin R. A., Smelov V. G. Improvement of a technological process a multiproduct manufacturing // Izvestia Samarskogo nauchnogo centra Rossiisroi akademii nauk. 2013, b. 15, № 6(3), р. 612-619.

2. Vdovin R. A.. Smelov V. G. // Vestnik SSAU. 2012. № 3-3, р. 115-120.

© Николаева Н. В., Рогожкин А. В., Вдовин Р. А., 2014

УДК 621.74.045

АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КАК ОДИН ИЗ МЕТОДОВ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Н. В. Николаева, А. В. Рогожкин, В. Г. Смелов

Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва

(Национальный исследовательский университет) Российская Федерация, 443086, г. Самара, Московское шоссе, 34. E-mail: [email protected]

В настоящее время основным направлением совершенствования любого производства является модернизация известных и создание новых технологических процессов. Огромную роль в совершенствовании технологического процесса изготовления деталей играют компьютерные и инновационные технологии.

Ключевые слова: быстрое прототипирование, аддитивные технологии, 3Б-моделирование.