Научная статья: "Проектирование детали «Шкив» и моделирование процесса получения заготовки"


УДК 621.74(075.8)

Я.Г. Пуказов , В.П. Третьяков  

 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДЕТАЛИ «ШКИВ» И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВКИ

Литье в песчаные формы наиболее распространенный метод получения заготовок в машиностроительном производстве. Однако при проектировании отливок зачастую не удается учесть все особенности литейного производства, прогнозировать появление дефектов при заливке расплава в формы и в период кристаллизации металла.

Целью данной работы является разработка технологичной конструкции детали «шкив» и прогнозирование качества отливки путем моделирования процесса получения заготовки при литье в песчаные формы.

На первом этапе работы проведена корректировка размеров и формы детали «шкив» с учетом рекомендаций по проектированию технологичных заготовок [1]. Так толщина стенок отливки выбрана таким образом, чтобы обеспечить направленное затвердевание металла. Для уменьшения влияния механического торможения усадки предложены криволинейные спицы (рис. 1, а). Припуски определены для литья в разовых песчаных формах из низко-влажных (до 2.8 %) высокопрочных смесей (свыше 16 кПа) с высоким и однородным уплотнением до твердости не ниже 90 единиц [2].

При проектировании литейной формы определены размеры опок, выбраны тип и конструкция литниковой системы (рис. 1, б), рассчитаны геометрические размеры ее элементов для обеспечения плавного заполнения формы за оптимальное время [3].

Проведен выбор конструкции прибыли, так как отсутствие термических узлов, являющихся местом концентрации усадочных дефектов, возможно лишь при компенсации объемной усадки поступающим из прибыли жидким металлом. Выполнен расчет ее минимально допустимых размеров, которые создают тепловые условия, благоприятствующие направленному затвердеванию отливки, и снижают расход металла на прибыли.

 

а)
б)

 


 

Рис. 1. Заготовка для детали «шкив» (а) и литейная форма для ее изготовления (б)

Современные программы компьютерного моделирования способны адекватно отразить картину физико-химических процессов, происходящих при заполнении расплавом формы, кристаллизации металла, отжига и т.д. Для моделирования процесса литья существует множество узкоспециализированного ПО и CAE систем, применение которых уменьшает затраты времени на проектирование деталей и техническую подготовку производства, позволяет значительно уменьшить, а в некоторых случаях полностью исключить брак [4].

Для моделирования процесса получения заготовки для детали «шкив» использовалась программу NovaFlow & Solid шведской компании NovaCast Systems AB [5], которая предлагает оценку правильности расчета литниково-питающих систем, проведение моделирования заполнения форм и кристаллизации сплавов. Расчётная часть пакета основана на численном методе решения дифференциальных уравнений, с помощью конечных объемов [6]. Русская адаптация данной программы – LWMFlow АО НПО «МКМ» (Россия, г. Ижевск).

NovaFlow & Solid – высокоэффективная и простая в эксплуатации CAE система для симуляции потока расплава в литейной форме при ее заливке. При этом контролируется время и заполнение формы в процентах, объем жидкой фазы. Программа может использоваться практически для всех литейных процессов, включая литье в кокиль; литье под давлением и литье по выплавляемым моделям.

Для точной настройки системы при анализе процессов литья используется база данных, учитывающая диаграммы состояний углеродистых и легированных сталей, чугунов, алюминиевых, титановых и магниевых сплавов, а также сплавов на никелевой и медной основе.

 


 

Рис. 2. Дефекты в отливке

 

Применение учебной версии программы NovaFlow & Solid позволило выявить возможность появления дефектов в отливке (рис. 2). В результате разработки проведены конструктивные изменения детали и литейной формы для получения качественных отливок.

 

ЛИТЕРАТУРА

  1. Проектирование деталей и технологии получения заготовок: учеб. пособие / В.С. Медко [и др.].– СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2017. – 212с.
  2. ГОСТ Р 53464-2009. Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку.
  3. Чуркин, Б. С. Конструирование и расчет литниковых систем и прибылей для отливок: учебное пособие / Б. С. Чуркин. – Екатеринбург : Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2012. – 124 с.
  4. http://wp_lvm.mkmsoft.ru
  5. http://www.ruscastings.ru
  6. http://lvmflow.ru

.. / Проектирование детали «Шкив» и моделирование процесса получения заготовки

Название Обновлен Размер
27 декабря 2019 11.8 МБ