Для выбора сплава, наименее склонного к образованию кристаллизационных трещин вычисления выполнили для двух материалов: АЛ24П и ВАЛ 10. Однако, поскольку деформационная задача в ПОЛИГОНЕ решена только для плоских напряжений, для визуализации полей концентраторов напряжений требуется обходной путь. Результаты расчетов модуля «Фурье 3D» переносили в модуль «Мираж 3D», в котором создавали файлы, имитирующие расчеты для сечений трехмерной модели. Сечения, естественно, проводили по зоне внутренних углублений. Расчетные файлы для сечений в свою очередь поступали в модуль «Гук», где служили исходными данными для решения двумерной деформационной задачи, а уже это решение визуализировалось в модуле «Мираж 2D». На рис.3 отчетливо видно, что сплав марки ВАЛ 10 не дает кристаллизационных трещин, в то время, как в сплаве АЛ24П они присутствуют и концентрируются по периметру внутренних углублений.
Отработку параметров технологического процесса жидкой штамповки проводили на сплаве ВАЛ 10. Тепловой расчет в условиях приложения заданного (400т) усилия прессования выполняли, как уже отмечалось, в модуле «Фурье 3D». Результаты расчета визуализировали в модуле «Мираж 3D». При этом формировались изображения температурно-фазовых полей в различные моменты процесса затвердевания (рис.4).
Для решения технологических задач следовало установить параметры процесса получения отливки, которые обеспечили бы эффективное действие внешнего давления. Т.е. температура металла и формы должны были быть подобраны таким образом, чтобы за время холостого хода пуансона (около 30 секунд) в матрице еще не образовалась твердая литейная корочка, препятствующая формированию отливки пуансоном.
Варьируя при моделировании температуры металла и формы, мы установили, что при температуре металла 710-720оС и температуре пресс-формы 250-270оС жидко-твердое состояние отливки длится до 46 секунды (рис.5), что обеспечивает достаточный запас по времени для холостого хода пуансона.
Отталкиваясь от этих температурных параметров, мы смоделировали дальнейший процесс затвердевания и выяснили, что продолжительность воздействия давления должна составлять 60-70 секунд, т.к. после 100-й секунды отливка полностью затвердевает и дальнейшее приложение давления становится бессмысленным (рис.6). Наконец, чтобы вытолкнуть отливку из формы ей надо дать достигнуть температуры 300-350оС, обеспечивающей достаточную прочность, что происходит через 50-60 секунд после снятия давления.
Опираясь на результаты расчетов в модуле «Фурье 3D», в модуле «Паскаль 3D» было проведено моделирование образования пористости в отливке «трак». Оно показало, что кристаллизация под давлением обеспечивает получение достаточно плотного металла - пористость в тепловом центре отливки не превышает 0,36% (рис.7), что полностью совпадает с определением пористости непосредственно на микрошлифе.
По результатам теплового расчета также определили темп работы, обеспечивающий постоянный температурный режим формы - 250-270оС при температуре заливаемого металла 710 - 720оС. Для этого использовали модуль «Мираж L», в котором строилась зависимость температуры отливки и формы во времени при последовательном получении нескольких отливок. На графике (рис.8) четко видно, что без принудительного охлаждения при темпе работы 10-12 минут на одну запрессовку, кривая температуры формы выходит на плато после 4 -ой запрессовки.
Таким образом, и марка сплава, и все технологические параметры процесса получения отливки были определены с помощью компьютерного моделирования в САМ ЛП ПОЛИГОН. Выполнение это работы заняло 3 рабочих смены. Практическая проверка параметров и отработка технологии в цехе заняла после моделирования всего 1 рабочую смену, в течение которой было выполнено 6 запрессовок, и полностью подтвердила адекватность модели. Отработка этой технологии в производственных условиях без использования компьютерного моделирования потребовала бы выполнения 100-120 запрессовок и, соответственно, 15-20 рабочих смен.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.