Выполнил: студент гр. 2401 Б324

Сабанин Д.А.

Проверил: Вдовин Р.А.

 

 

Самара 2016 г.

 

РЕФЕРАТ

 

Отчёт по лабораторным работам: страниц; рисунков, источников.

 

ЛИТЬЕ, ВЫПЛАВЛЯЕМАЯ МОДЕЛЬ, ПРОИЗВОДСТВО, ОТЛИВКИ, ЛИТНИКОВАЯ СИСТЕМА.

 

В отчёте представлены теоретический материал по теме «Анализ технологического процесса по выплавляемым моделям», «Анализ системы компьютерного моделирования литейных систем», а так же процесс создания литейной формы для заданной детали в программе ProCast.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..4

1 Литейное производство …………………………………………….……...5

1.1 Типы литейного производства………………………………….…..5

1.2 Основы общей технологии металлов ………………………….….6

1.3 Литейные сплавы …………………………………………….……..6

1.4 Теоретические основы производства отливок…….……………..6

1.5 Свойства металлов…………………………………………………..7

2 Анализ системы компьютерного моделирования литейных систем ….13

3 Компьютерное моделирование технологического процесса литья

детали ………………………………………………………………................18

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………24

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………….……25

ВВЕДЕНИЕ

Литейное производство - отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специальную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки (детали). При охлаждении залитый металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит. Конечную продукцию называют отливкой. В процессе кристаллизации расплавленного металла и последующего охлаждения формируются механические и эксплуатационные свойства отливок.

Литьем получают разнообразные конструкции отливок массой от нескольких граммов до 300 т, длиной от нескольких сантиметров до 20 м, со стенками толщиной 0,5-500 мм (блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы, корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, станины станков, станины прокатных станов, турбинные лопатки и т. д.).

Для изготовления отливок применяют множество способов литья: в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением, центробежное литье и др. Область применения того или иного способа литья определяется объемом производства, требованиями к геометрической точности и шероховатости поверхности отливок, экономической целесообразностью и другими факторами.

 

 

1 Литейное производство

 

1.1 Типы литейного производства

Всякое производство, в том числе и литейное, характеризуется трудоемкостью и номенклатурой выпускаемой продукции. Различают следующие основные типы литейного производства: единичное, серийное и массовое.

Единичное производство характеризуется выпуском в небольших количествах самого разнообразного литья. Производство отдельных отливок может периодически повторяться. Серийное производство характеризуется периодичным выпуском литья ограниченной или широкой номенклатуры значительными или небольшими партиями. Массовое производство характеризуется непрерывным выпуском в больших количествах определенной номенклатуры литья. Примером массового производства может служить выпуск в огромных количествах однообразных отливок литейными цехами автомобильных и тракторных заводов.

Серийность производства оказывает большое влияние на выбор методов изготовления форм, на характер применяемого оборудования и работу литейного цеха. Если единичное производство характеризуется применением ручных методов труда, малой механизацией производственных процессов, незначительным количеством применяемой оснастки, то в массовом и серийном рационально применять наиболее технически совершенное и высокопроизводительное оборудование, большое количество специальных приспособлений.

 

1.2 Основы общей технологии металлов

 

Наиболее широкое применение в машиностроительном производстве имеют сплавы Fe с C, т.е. конструкционная и инструментальная стали, серый и ковкий чугун, а также цветные сплавы.

Металлы отличаются характерным металлическим блеском, ковкостью, высокой теплопроводностью и электропроводностью, непрозрачностью. При нормальной комнатной температуре все металлы (кроме ртути) являются твердыми веществами. Примерно 2/3 всех элементов представляют металлы. В технике химически чистые металлы не используются. Это объясняется двумя причинами: во-первых, трудностью получения их в промышленном производстве и во-вторых, отсутствием в них технически полезных свойств. Значительно большее распространение получили так называемые металлические материалы.

 

Металлические материалы можно разделить на 2 группы:

1. Технически чистые металлы

2. Сплавы

 

Технически чистые металлы – металлы, в состав которых, помимо химически чистого элемента, в небольших количествах входят другие элементы. Важнейшим промышленным металлом является железо, которое в сплавах с углеродом и другими элементами относят к группе черных металлов: сталь, чугун и ферросплавы. Из общего количества выплавляемых во всем мире металлов около 94% приходится на черные. Все остальные металлы и сплавы относятся к группе цветных металлов. Их принято делить на легкие (плотность до 3г/см3 и тяжелые. Различают также благородные и редкие металлы.

Сплавы – сложные материалы, получаемые путем сплавления одного металла с другими металлами. Сплавам можно придать самые разнообразные свойства. Поэтому в технике они находят большее применение, чем технически чистые металлы. В состав металлических сплавов могут входить также и неметаллические вещества, например, углерод, сера, фосфор, бор. Вещества, входящие в состав сплава, принято называть компонентами. Помимо основных компонентов, в каждом сплаве всегда имеются в небольших количествах посторонние химические вещества – металлические или неметаллические. Эти вещества в большинстве случаев нежелательные и называются примесями.

 

1.3 Литейные сплавы

 

Для производства отливок используются сплавы черных металлов: серые, высокопрочные, ковкие и другие виды чугунов; углеродистые и легированные стали; сплавы цветных металлов: медные (бронзы и латуни), цинковые, алюминиевые и магниевые сплавы; сплавы тугоплавких металлов: титановые, молибденовые, вольфрамовые и др. Литейные сплавы должны обладать высокими литейными свойствами (высокой жидкотекучестью, малыми усадкой и склонностью к образованию трещин и др.); требуемыми физическими и эксплуатационными свойствами. Выбор сплава для тех или иных литых деталей является сложной задачей, поскольку все требования в реальном случае учесть не представляется возможным.

 

1.4 Теоретические основы производства отливок

 

Возможность получения тонкостенных, сложных по форме или больших по размерам отливок без дефектов предопределяется литейными свойствами сплавов. Наиболее важные литейные свойства сплавов: жидкотекучесть, усадка (линейная и объемная), склонность к образованию трещин, склонность к поглощению и образованию газовых раковин и пористости в отливках и др.

 

1.5 Свойства металлов

 

Различают физические, механические, технологические и химические свойства металлов.

 

Физические свойства

К ним относят плотность, теплопроводность, электропроводность и температуру плавления. Перечисленные свойства называются физическими потому, что они обнаруживаются в явлениях, не сопровождающихся изменением химического состава вещества. Чистые металлы плавятся при t=const, а сплавы в интервале t-p.

 

Механические свойства

Характеризуют способность детали, изготовленной из определенного материала, выдерживать различные нагрузки или хорошо сопротивляться истиранию при работе машины. К механическим свойствам относятся прочность, твердость, упругость, пластичность и др. Прочность сплава определяется величиной усилия, необходимого для разрушения стандартного образца. При этом стальные, алюминиевые и другие образцы испытывают на растяжение (разрыв) и относительное удлинение, а чугунные на изгиб. Кроме того, все литейные сплавы испытывают на твердость. Твердость сплавов определяют на приборе Бринелля непосредственно на деталях или на отливках (НВ). Твердость закаленных сталей определяют на приборе Роквелла путем вдавливания в изделие алмазной пирамиды (HRC). Упругость – способность металла принимать первоначальную форму и размеры после прекращения действия нагрузки. Пластичность (вязкость) – способность металла изменять первоначальную форму и размеры под действием нагрузки и сохранять новую форму и размеры после прекращения ее действия. Это свойство особенно важно при выборе сплавов для ковки, штамповки и прокатки. Обрабатываемость резанием – способность металла изменять свою форму под действием режущего инструмента. Ковкость – способность металла принимать новую форму и размеры под влиянием прилагаемой нагрузки без нарушения его целости (малоуглеродистая сталь). Свариваемость – способность металлов образовывать прочные соединения при нагреве свариваемых частей до расплавленного или до пластического состояния. Хорошей свариваемостью обладают стали с низким содержанием углерода. Плохо свариваются чугун, медные и алюминиевеы сплавы. Жидкотекучесть – способность металла заполнять тонкие очертания полости формы. При недостаточной жидкотекучести расплавленный металл заполняет форму и отливка становится браком. Жидкотекучесть прежде всего зависит от химического состава, от температуры перегрева: чем она выше, тем больше жидкотекучесть. Величину жидкотекучести определяют по технологической пробе – длин заполненной сплавом части полости контрольной литейной формы. Усадка — свойство литейных сплавов уменьшать объем при затвердевании и охлаждении. Усадочные процессы в отливках протекают с момента заливки расплавленного металла в литейную форму вплоть до полного охлаждения отливки. Различают линейную и объемную усадку, выражаемую в относительных единицах. Линейная усадка - усадка линейных размеров отливки при ее охлаждении от температуры, при которой образуется прочная корка, способная противостоять давлению расплавленного металла, до температуры окружающей среды.

 

Линейную усадку E_лин (%) определяют соотношением:

 

где l_ф и l_от - размеры полости формы и отливки при температуре 20°С, мм.

 

На линейную усадку влияют химический состав сплава, температура его заливки, скорость охлаждения сплава в форме, конструкция отливки и литейной формы. Так, усадка серого чугуна уменьшается с увеличением содержания углерода и кремния. Увеличение скорости отвода теплоты от залитого в форму сплава приводит к возрастанию усадки отливки. Объемная усадка – уменьшение объема сплава при его охлаждении в литейной форме при формировании отливки.

 

Объемную усадку Е_об (%) определяют соотношением:

где V_ф и V_от – объем полости формы и отливки при температуре 20°С, мм.

 

Усадочные раковины – сравнительно крупные полости, расположенные в местах отливки, затвердевающих последними. Усадочная пористость – скопление пустот, образовавшихся в отливке в обширной зоне в результате усадки в тех местах отливки, которые затвердевали последними без доступа к ним расплавленного металла. Получить отливки без усадочных раковин и пористости возможно за счет непрерывного подвода расплавленного металла в процессе кристаллизации вплоть до полного затвердевания. Горячие трещины в отливках возникают в процессе кристаллизации и усадки металла при переходе из жидкого состояния в твердое при температуре близкой к температуре солидуса. Горячие трещины проходят по границам кристаллов и имеют окисленную поверхность. Склонность сплавов к образованию горячих трещин увеличивается при наличии неметаллических включений, газов (водорода, кислорода), серы и других примесей. Холодные трещины возникают в области упругих деформаций, когда сплав полностью затвердел. Тонкие части отливки охлаждаются и сокращаются быстрее, чем толстые. В результате в отливке образуются напряжения, которые и вызывают появление трещин. Холодные трещины чаще всего образуются в тонкостенных отливках сложной конфигурации и тем больше, чем выше упругие свойства сплава, чем значительнее его усадка при пониженных температурах и чем ниже его теплопроводность. Коробление — изменение формы и размеров отливки под влиянием внутренних напряжений, возникающих при охлаждении.

 

Разновидности специальных видов литья:

- литье по выплавляемым моделям;

- литье в оболочковые формы;

- литье в металлические формы (в кокиль);

- литье под низким давлением;

- центробежное литье;

- литье вакуумным всасыванием;

- непрерывное литье;

- литье выжиманием;

- жидкая штамповка;

- электрошлаковое литье и др.

 

Литье по выплавляемым моделям.

Литьем по выплавляемым моделям называют технологический процесс, в ходе которого модель из воска, специального фотополимера или другого легкоплавкого состава заливают специальной формовочной смесью, которая впоследствии затвердевает, превращаясь в прочный блок. Далее этот блок помещают в прокалочную печь, где из него, в ходе определенного цикла вытапливается воск, фотополимер или прочий состав, и где он обретает большую прочность. После завершения цикла прокалки форма готова к литью. Технологический процесс изображен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Изготовление отливок по выплавляемым моделям;

1 – изготовление моделей в пресс-форме; 2 – сборка моделей в модельный блок на металлический стояк; 3 – нанесение на модельный блок огнеупорной суспензии; 4 – обсыпка слоя суспензии зернистым материалом.

 

 

Литье в оболочковые формы.

Литье в оболочковые формы - это способ получения отливок свободной заливкой расплава в формы из термореактивных смесей.

Оболочковые формы отличаются высоким комплексом технологических свойств: достаточной прочностью, газопроницаемостью, податливостью, негигроскопичностью. Технология литья в оболочковые формы особенно хорошо подходит для крупных отливок - например скульптур. Детали, отлитые в оболочковые формы, имеют в 1,5 раза меньший припуск на механическую обработку.

 

Литье в металлические формы.

Кокильным литьем называют процесс получения отливок посредством свободной заливки расплавленного металла в многократно используемые металлические формы – кокили.

 

Литье под низким давлением.

В практике производства отливок, особенно отливок из цветных сплавов, нашел применение метод литья под низким регулируемым давлением. При литье отливок этим способом повышаются их физико-механические свойства; улучшается заполняемость кокиля и, следовательно, повышается геометрическая точность отливок и уменьшается шероховатость их поверхности; увеличивается до 95—98% коэффициент использования расплава; обеспечивается точное дозирование расплава при заливке и строгое соблюдение заданного температурного режима заливки.

 

Центробежное литье.

Центробежное литье – это способ формирования отливок под действием центробежных сил при свободной заливке металла во вращающиеся формы. Центробежным способом получают отливки из чугуна, стали, сплавов на основе меди, алюминия, цинка, магния, титана и др. Пример центробежного литья представлен на рисунке 2.

 

Рисунок 2 – Центробежное литьё

 

Литье вакуумным всасыванием.

Литье (заливка) вакуумным всасыванием заключается в заполнении формы металлом за счет создаваемого в ней вакуума. При данном способе литья полость формы заполняется за счет перепада давлений от атмосферного (над зеркалом расплава) до пониженного —10—80 кПа (в полости формы).

 

Непрерывное литье.

Непрерывное литье металлов – процесс получения слитков-заготовок, основанный на непрерывном перемещении металла относительно зон заливки и кристаллизации. Осуществляется на машинах непрерывного литья. Разновидность непрерывного литья — непрерывная разливка стали.

 

Литье выжиманием.

Литье выжиманием - процесс получения тонкостенных крупногабаритных отливок путем свободной заливки расплавленного металла в раскрытые металлические формы с последующим их сдвиганием и выжиманием жидкого металла (рис. Л-12). Литьем выжиманием получают отливки из цветных сплавов размерами до 1X2,5 м и толщиной стенок 2,5 - 5 мм.

 

Жидкая штамповка.

Технологию жидкой штамповки можно рассматривать, с одной стороны, как технологию литья под давлением, с другой — как процесс горячей штамповки в закрытых штампах. Металл заливается в штамп в жидком состоянии, а окончательное формообразование (штамповка) детали происходит в момент, когда металл находится в полужидком состоянии, а затем в твердом. Это позволяет получать заготовки с высокой плотностью металла и с повышенными механическими свойствами. Чтобы правильно понять и оценить по достоинству технологические возможности процесса жидкой штамповки, было бы целесообразным рассмотреть теоретические основы этого процесса.

 

Рисунок 3 – Жидкая штамповка;

1 – расплавленный металл; 2 – матрица; 3 – пуансон.

 

Электрошлаковое литье.

Электрошлаковос литье (ЭШЛ) – это способ получения фасонных отливок в водоохлаждаемой металлической литейной форме – кристаллизаторе, основанный на применении электрошлакового переплава расходуемого электрода. Отливку получают переплавом электродов из металла требуемого химического состава. Источником теплоты при ЭШЛ является шлаковая ванна, нагреваемая проходящим через нее электрическим током.

 

2 Анализ системы компьютерного моделирования литейных систем

 

На сегодняшний день в сфере производства авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) проводится глубокая модернизация с целью привлечения инновационных наукоемких технологий, что, в свою очередь, стимулирует развитие других отраслей машиностроения. В настоящее время авиадвигатели должны выпускаться малыми сериями при широкой номенклатуре, что свидетельствует о высокой эффективности заготовительного производства. На сегодняшний день, решение поставленной задачи невозможно представить без внедрения современных систем компьютерного моделирования, позволяющих снижать расходы, уменьшать трудоемкость проектирования и освоения производства новых сложных изделий. На 30…40 % уменьшаются расходы на подготовку технологической документации. Более чем на 35 % сокращаются сроки выпуска новых сложных изделий.

Компьютерный анализ литейных процессов на этапе виртуального проектирования технологии литья (до изготовления отливок) позволяет минимизировать возможные просчеты и ошибки, неизбежно возникающие в процессе разработки, снизить финансовые и временные затраты, повысить эффективность, конкурентоспособность, качество и надежность разрабатываемой продукции. Происходит экономия материалов, энергоносителей, рабочего времени, бережется оборудование, а взамен получается масса уникальной информации о технологическом процессе. Только компьютерное моделирование технологии позволяет «заглянуть» внутрь изделия, увидеть характер протекающих в нем процессов, понять причины возникновения дефектов.

Внедрение компьютерных технологий позволяет повысить эффективность операций создания и обработки информации, происходит реальный переход от бумажного документооборота к электронному

При внедрении компьютерных технологий снижаются расходы, уменьшается трудоемкость проектирования и освоения производства новых сложных изделий. На 30…40 % уменьшаются расходы на подготовку технологической документации. Более чем на 35 % сокращаются сроки выпуска новых сложных изделий.

Применение компьютерных технологий в литейном производстве в значительной степени связано с обработкой, поступающей от CAD-систем конструкторских подразделений информации о создаваемом изделии в виде

электронных моделей деталей. Информация о технологических процессах, применяемых в литейном производстве, поступает в виде математических моделей, создаваемых в результате деятельности САЕ-систем. Виртуальное литейное производство созданное на базе современной САЕ-системы ProCast не только моделирует затвердевание отливки (тепловая задача), но и позволяет прогнозировать макро и микроструктуру отливки, а также создает информационную картину электронной модели отливки. По созданной электронной модели отливки, с использованием технологии быстрого прототипирования (аддитивных технологий), может быть быстро получена достаточно точная материальная модель, необходимая для изготовления отливки в литейном производстве. Ключевым звеном виртуального производства литых заготовок служит программное обеспечение моделирования процесса затвердевания отливки и формирования макро и микроструктуры. Выбор программного обеспечения зависит от применяемых процессов литья и номенклатуры выпускаемой продукции.

Для литья деталей аэрокосмического назначения, деталей с тонкими стенками, тонкими ребрами, щелевыми каналами сложной формы, например, лопаток газотурбинного двигателя (ГТД), преимуществом обладает метод конечных элементов (FEM), позволяющий более точно передать геометрию отливки, который используется в программном продукте ProCAST.

Этапы моделирования включают в себя подготовку геометрии (3Dмодель литейного блока и 3D-сетку), определение теплофизических свойств материалов, задание граничных условий (воспроизведение реального технологического процесса).

Для проведения численных расчетов необходимо задать физические и усадочные (теплофизические) свойства материала отливки.

Для моделирования литейных процессов нужны свойства сплава при температурах вблизи температуры точки солидус и выше.

Скорость охлаждения расплава, геометрия отливки существенно влияют на тепло и массообмен, полноту протекания диффузионных процессов на фронте кристаллизации. Это определяет фазовый состав сплава, распределение твердой фазы в интервале кристаллизации и температуру точки солидус. Температура плавления (температура ликвидус) - это температура, при которой вещество переходит в полностью жидкое состояние. Температура затвердевания (температуру солидус) - это такая температура, при которой вещество переходит полностью в твердое состояние.

В точной математической постановке система уравнений, описывающая процесс затвердевания отливки, должна включать уравнение диффузии в расплаве и твердой фазе.

Программный комплекс ProCAST позволяет решать практически любые технологические задачи, связанные с литьем металлов. ProCAST позволяет моделировать любую литейную технологию:

- любая гравитационная заливка (литье в кокиль, в ПГС и ХТС, по выплавляемым моделям и т.д.);

- литье под регулируемым давлением (литье под высоким давлением, литье под низким давлением, литье с противодавлением, литье вакуумным всасыванием и т.д.);

- центробежное литье;

- непрерывное литье;

- литье по газифицируемой модели.

Программа ProCAST имеет отличный встроенный генератор 2D и 3D сеток, позволяющий получить максимально корректную расчетную сетку за минимальное время.

Имеется встроенный химический калькулятор, благодаря которому можно получить все необходимые тепло-физические свойства любого сплава прямо в программе.

Программа ProCAST позволяет определить:

- распределение тепловых полей в отливке и форме;

- оценить уровень возникающих напряжений в отливке и металлической оснастке

- позволяет рассчитывать цикличные нагрузки (например, при литье под давлением).

ProCAST отвечает задачам производства. Основанный на проверенной технологии конечных элементов, ProCAST представляет законченное решение, охватывающее широкий спектр процессов литья металлов и сплавов.

Покрытие всех производственных задач для широкого спектра процессов литья. Литьѐ в землю, гравитационное, наклонное литьѐ. Ключевые факторы успеха в гравитационном литье связаны с оптимизацией системы литников и исключением областей возможной усадки.

Литьѐ по выплавляемым моделям, литьѐ в оболочковые формы ProCAST хорошо приспособлен для решения задачи литья по выплавляемым моделям. Например, ProCAST может автоматически генерировать сетку, отражающую оболочковую форму, допускает неодинаковую толщину и многослойность. При этом учитывается теплоизлучение с эффектами затенения, которые важны для высокотемпературных сплавов.

ProCAST предоставляет возможность моделирования заполнения формы, затвердевания и формирования микроструктуры и полей остаточного напряжения. Расположение стояков и применение изолирующих или экзотермических подводов, их влияние на усадку может быть изучено на компьютере и визуализировано на экране для достижения оптимального качества отливки.

Программный комплекс ProCAST отвечает рассмотренным выше требованиям и позволяет формировать расчетную модель на основе соответствующих физических процессов в литейной технологии, а необходимые решатели подключаются в процессе решения.

Успех моделирования заполнения формы, затвердевания и формирования микроструктуры связаны с оптимизацией системы литников и исключением областей возможной усадки. Размеры элементов литниковой системы, их влияние на усадку может быть изучено на компьютере и визуализировано на экране для достижения оптимального качества отливки.

Программный комплекс PrоCAST содержит следующие модули:

Visual-Mesh – модуль подготовки расчетной сетки. В Visual-Mesh создается как двухмерная, так и объемная (тетраэдральная) конечноэлементная расчетная сетка. Она позволяет осуществлять экспорт геометрии практически из любой CAD-системы в следующих форматах: IGES, STEP, Parasolid (x_t), STL и проверку импортированной геометрии, при необходимости, ее восстановление. В Visual-Mesh также включен генератор оболочек, предназначенный для моделирования литья по выплавляемым моделям.

· Visual-Cast – модуль подготовки исходных данных для решения задачи (препроцессор). Этот модуль позволяет пользователю считывать конечноэлементную модель, назначать свойства материалов для различных компонентов модели, задавать контактные, граничные и начальные условия. Главной особенностью модуля Visual-Cast является наличие встроенного химического калькулятора, благодаря которому отпадает необходимость в поиске данных о сплавах на стороне. Можно просто занести химический состав сплава и получить все необходимые для расчета тепло-физические свойства материала.

· Solver – модуль решателей. В СКМ ЛП ProCAST имеется несколько различных решателей. В зависимости от той задачи, которую необходимо решить, система выбирает и задействует необходимые решатели (например: гидродинамика для заполнения формы или решатель напряжений для определения напряжений и трещин в отливке).

· Visual-Viewer – модуль для просмотра результатов моделирования (постпроцессор). Этот модуль позволяет визуализировать все рассчитанные параметры: распределение температур, напряжений, скоростей и т.д. Так же существует возможность создания графиков изменения той или иной характеристики, сохранения данных в виде графика и анимации и многое другое.

Все эти модули объединены в общем интерфейсе и запускаются из общего ProCAST Manager.

Так же из ProCAST Manager можно контролировать процесс расчета. При этом отображаются следующие параметры: степень заполнения и кристаллизации отливки, общий ход выполнения задачи, а так же затраты машинного времени на вычисления. Использование этой функции позволяет экономить ресурсы компьютера, т.к. отпадает необходимость запускать Visual-CAST на этапе решения задачи.

 

3 Компьютерное моделирование технологического процесса литья детали

Сначала загружается 3D модель отливки с литниково-питающей системой

 

Рисунок 1 – 3D модель отливки с литниково-питающей системой

 

В ProCast версии 2013.0 есть возможность создания сетки при помощи программы Visual-Enviromment 8.6. Для создания сеточной модели используем модуль Visual-Mesh.

 

Загружаем CAD-модель переходника (рисунок 2).

 

Рисунок 2 - Импортирование 3D модели с расширением.x_t

 

Следующим шагом является проверка правильности импортированной геометрии с помощью команды Prepare/Repair (рисунок 3). В открывшемся окне Repair нажимаем кнопку Cheсk.

Рисунок 3 - Меню проверки правильности импортированной геометрии

 

В диалоговом окне внизу экрана появилась надпись No problems Indentified - ошибок не обнаружено (рисунок 4).

 

Рисунок 4 – Окно сообщений

 

Переходим к построению поверхностной сетки. Открываем меню 2D Mesh/Surface Mesh (рисунок 5).

 

Рисунок 5 – Меню создания поверхностной сетки

 

В окне Surface Mesh можно группировать области с разными размерами элементов. Для создания сеточной модели разделим нашу геометрия на 4 области: отливки, ЛПС (без выпора), выпор и виртуальная форма. В строке Set element size вводим значение, соответствующее размеру элемента каждой области: для отливки – 1 мм, для ЛПС (без выпора) – 3 мм, для выпора – 1,5 мм, для виртуальной формы – 20 мм. Кнопкой [+] добавляем новые группы и с помощью [Modify] выделяем грани более крупных областей (стояк, выпоры, центральная часть). Присваиваем значения каждой группе как показано на рисунке. Такой подход позволяет, во-первых, сократить расчетное время (например, для больших поверхностей необязательно строить мелкую сетку), во-вторых, повысить точность моделирования, путем задания маленьким частям модели мелкой сетки.

Далее при нажатии Mesh all surfaces генерируется сетка в автоматическом режиме (рисунок 6).

 

Рисунок 6 - Созданная поверхностная сетка

 

Правильность созданной сетки необходимо проверить, для этого используем клавишу Check в меню 2D Mesh/Сheck surface mesh.

По завершении проверки, в диалоговом окне появится сообщение о количестве ошибок и пересечений сетки или их отсутствии (рисунок 7). В случае наличия ошибок, ребра, содержащие эти ошибки, выделятся красным цветом. Нажатием кнопки Auto correct исправляем ошибки. Исправленные ошибки выделяются черным цветом и появляется сообщение - Surface mesh is OK.

Переходим к созданию оболочки. Заходим в меню 2D Mesh/Shelling.

Выбираем тип оболочки Uniform thickness, выставляем значение толщины 5.

 

Рисунок 7 – Окно сообщения о количестве ошибок

 

Теперь необходимо выбрать поверхность, на которой не следует создавать оболочку. Выделим строку No shell faces, нажмем клавишу Modify и отмечаем плоскость (рисунок 8).

 

Рисунок 8 – Меню создания оболочки

 

Подтверждаем выбор, нажимаем [Generate], затем [Apply] и получаем готовую оболочку (рисунок 9).

Рисунок 9 – Созданная оболочка (электрокоррундовая корочка)

 

Выполнив проверку на пересечения созданной оболочки, можем перейти к построению объемной сетки. Открываем 3D Mesh/Volume Mesh. Нажимаем кнопку Volume и выделяем все поверхности ctrl+A. Запускаем генератор сетки, нажав на Mesh. После создания подтверждаем Apply (рисунок 10).

 

Рисунок 10 – Меню построения объемной сетки (Tetra mesh)

 

На этом этап создания сеточной модели закончился. Модель необходимо сохранить во внутреннем формате Visual-Mesh *.vbd и экспортировать для передачи ее в препроцессор Visual-Cast.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. http://www.lasso.ru/casting/investment-casting/shell-molding/

2. http://www.mpk-termostal.ru/page21.html

3. http://xn--80aagiccszezsw.xn--p1ai/uchebniki/specialnye-vidy-litya/7-lite-v-kokil

4. http://delta-grup.ru/bibliot/15/98.htm

5. http://xn--80aagiccszezsw.xn--p1ai/uchebniki/specialnye-vidy-litya/6-centrobezhnoe-lite

6. http://studopedia.org/1-81713.html

7. http://delta-grup.ru/bibliot/31/373.htm

8. http://metall-work.ru/obr-met/34.html

9. Гини, Э.Ч. Технология литейного производства. Специальные виды литья [Текст] / Э.Ч. Гини, А.М. Зарубин, В.А. Рыбкин. – М.: Академия, 2005. – 352 с.

10. Ефимов, В.А. Специальные способы литья: Справочник / В.А. Ефимов, Г.А. Анисович, В.Н. Бабич и др. - М.: Машиностроение, 1991.- 436 с.

11. Небогатов, Ю.Е. Специальные виды литья: учебное пособие [Текст] / Ю.Е. Небогатов, В.И. Тамаровский. – М.: Машиностроение, 1975.- 175 с.

12. Озеров, В.А. Основы литейного производства [Текст] / В.А. Озеров, А.С. Муркина, М.Н. Сосненко. – М.: Высшая школа, 1987. – 304 с.

13. Руководство пользователя ProCAST версия 2007.

14. СТО СГАУ 02068410-004-2014. Общие требования к учебным текстовым документам. – Самара, СГАУ 2014. – 16с.