Пример моделирования отливки "Направляющий аппарат" для Ясногорского машиностроительного завода.

Исходные данные:
Моделируемая технология: литье в песчано-глинистую форму.
Отливка: Направляющий аппарат.
Материал отливки:сталь 20Х18Н4Г5Д.
Температура заливки металла: 1560°С.
Время заполнения формы: 25 сек.

Содержание работы

Общий вид отливки с литниковой системой и прибылями в рабочем окне программы SOLIDCast представлен на рис. 1-2.

Рис. 1-2. Общий вид отливки "Направляющий аппарат"

На первом этапе проводим моделирование заливки формы в гидродинамическом модуле FLOWCast. Процесс заполнения формы сплавом можно проследить на рис. 3 – 7. В правой части каждого рисунка расположена температурная шкала, по которой можно оценить температуру фронта сплава в форме. Также, если это необходимо, в модуле можно выбрать необходимое сечение и определить температуру, скорость сплава и давление в любой нужной точке отливки.

Рис. 3. Процесс заполнения полости формы сплавом.	Рис. 4. Процесс заполнения полости формы сплавом.
Рис. 5. Процесс заполнения полости формы сплавом.	Рис. 6. Процесс заполнения полости формы сплавом.

Проследим пути движения неметаллический частиц в сплаве (окислы, формовочная смесь и др.), попавших в форму во время заливки (см. рис. 7).

Рис. 7. Траектории движения неметаллических частиц в форме

Как мы видим, большинство неметаллических включений всплывают на поверхность в прибылях, следовательно, вероятность возникновения засоров и появления неметаллических частиц в отливке незначительна.

На следующем рисунке изображено распределение температуры сплава по сечению отливки в конце заливки. Как видно из рис. 8 заполнение полости формы прошло полностью, недоливы отсутствуют.

Рис. 8. Распределение температуры по сечению отливки в конце заливки формы.

В дальнейшем моделирование кристаллизации отливки проводили в решателе SOLIDCast. Процесс кристаллизации отливки можно проследить на рис. 9 – 14; желтым цветом выделены области с жидким металлом, температура которого еще не достигла температуры солидуса, серым цветом выделены области с полностью твердой фазой.

Рис. 9. Доля жидкой фазы через 5 минут после окончания заливки.	Рис. 10. Доля жидкой фазы через 7,5 минут после окончания заливки.
Рис. 11. Доля жидкой фазы через 10 минут после окончания заливки.	Рис. 12. Доля жидкой фазы через 15 минут после окончания заливки.
Рис. 13. Доля жидкой фазы через 35 минут после окончания заливки.	Рис. 14. Доля жидкой фазы через 50 минут после окончания заливки.

Общая продолжительность кристаллизации отливки – 56,3 минуты. Как видно из вышеперечисленных рисунков кристаллизация отливки проходит в общем случае благоприятно – направленное затвердевание проходит от центра детали к прибылям. Единственное исключение составляют ребра в верхней части отливки (рис. 11). Приблизительно через 10 минут после начала кристаллизации в этих областях жидкий металл оказывается изолированным от прибылей и не может получить дополнительное питание. Следовательно, именно в ребрах следует ожидать возникновение усадочных дефектов.

На рис. 15 представлено распределение усадочных раковин в отливке. Желтым цветом выделены области, плотность которых меньше 70%.

Рис. 15. Распределение усадочных раковин в отливке.

Как видно из рисунка в теле отливки усадочных раковин нет: их концентрация происходит в прибылях и у основания питателей.

Теперь определим распределение усадочной пористости в отливке (рис. 16-17). Здесь желтым цветом выделены области, имеющие плотность менее 100 %.

Рис. 16. Распределение усадочной пористости в отливке.	Рис. 17. Распределение усадочной пористости в отливке.

Как и ожидалось в верхних ребрах отливки (в наиболее утолщенных частях) концентрируется усадочная пористость.