Поиск путей устранения литейных дефектов в отливках средствами виртуального моделирования процессов литья

УДК 621.74

ПОИСК ПУТЕЙ УСТРАНЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ДЕФЕКТОВ В ОТЛИВКАХ СРЕДСТВАМИ ВИРТУАЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЛИТЬЯ

© Е.И. Унагаев1, С.А. Осипов2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Рассмотрен процесс поиска путей устранения литейных дефектов при различных методах литья средствами

виртуального моделирования. Предложены решения по устранению дефектов литья, а также улучшению ряда

технологических процессов литья с использованием современных инструментов виртуального технологического

моделирования.

Ил. 3. Табл. 3. Библиогр. 6 назв.

Ключевые слова: литье в песчано-глинистые формы; литье в кокиль; литье по выплавляемым моделям; моделирование технологических процессов.

SEARCH FOR METHODS TO ELIMINATE CASTING DEFECTS IN CAST PRODUCTS BY VIRTUAL SIMULATION

OF CASTING

E.I. Unagaev, S.A. Osipov

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The article treats the process of searching the methods to eliminate casting defects under different methods of casting by means of virtual simulation. It proposes the solutions to eliminate casting defects. A number of technological processes of casting have been improved using modern tools of virtual technological simulation. 3 figures. 3 tables. 6 sources.

Key words: sand-clay molding; permanent mold casting; investment casting (lost-wax casting); modeling technological processes.

Литейные процессы изготовления изделий являются сложными многофакторными технологическими процессами, затраты на реализацию которых возрастают пропорционально сложности детали. Особенно это актуально при освоении в производстве новых деталей, когда требуется значительное время на отладку технологии и устранение литейных дефектов традиционными методами проб и ошибок.

Виртуальное моделирование процессов изготовления отливок позволяет определить и решить многие проблемы, которые возникают в реальном технологическом процессе, обеспечить повышение экономической эффективности и конкурентоспособности литейного производства в целом.

Задача моделирования технологических процессов состоит в том, чтобы перенести процесс разработки технологии и опытное изготовление детали из цеха на экран компьютера, где за несколько дней, а иногда и часов технолог может подобрать оптимальные параметры процесса, геометрию литниково-питающей системы (ЛПС), конструкцию элементов формы. При традиционном цикле подготовки производства процесс отладки и доводки технологии часто занимает несколько месяцев и сопряжен со значительными расходами.

В ИрГТУ выполняется комплекс работ по теме «Разработка и совершенствование технологических

процессов и конструкций средств технологического оснащения для изготовления деталей сложной формы на основе технологии виртуального моделирования» в рамках реализации совместного с Иркутским авиационным заводом проекта при финансовой поддержке Минобрнауки РФ согласно Постановлению Правительства РФ от 09.04.2010 г.

Результатом работ по второму этапу стал поиск путей по устранению дефектов отливок для проблемных технологических процессов с различными видами литья.

Отливка «Кронштейн» из стали 35ХГСЛ (рис. 1) изготавливается литьем по выплавляемым моделям. Предварительный нагрев формы происходит до температуры 900°С, а заливаемый сплав разогревается до температуры 1530°С.

Виртуальное моделирование технологического процесса в программном комплексе ProCAST позволило выявить проблемную зону: в стенках отливки наблюдается образование пористости. Обнаруженный дефект по своему местоположению совпадает с дефектами, возникающими при изготовлении реальных отливок (табл. 1, строка 1).

Для устранения дефектов литья произведено изменение литниковой питающей системы (ЛПС) (табл. 1, строка 2). Добавлен питатель напротив зоны дефекта в плоской части отливки.

1Унагаев Евгений Иванович, программист 1 кат. УНЦ «Autodesk», тел.: 89500881895, e-mail: unagaev@istu.edu

Unagaev Evgeny, First Category Programmer of the of Educational and Scientific center "Autodesk", tel.: 89500881895, e-mail: una-

gaev@istu.edu

Осипов Сергей Александрович, начальник УНЦ «Autodesk», тел.: 89025118060, e-mail: osipov_sa@istu.edu Osipov Sergey, Head of the Educational and Scientific center "Autodesk", tel.: 89025118060, e -mail: osipov_sa@istu.edu

Таблица 1

Этапы улучшения технологического процесса

№

Изменения

Отливка

Результаты моделирования

Примечание

Исходный технологический процесс

Пористость в стенках отливок

Добавление питателя напротив зоны пористости в плоской части отливки

Пористость возникла в районе боковых стенок, но в плоской части исчезла

Температура нагрева формы 850оС, температура расплава 1520оС

Пористость в районе боковых стенок усилилась

Температура нагрева формы

800оС

Пористость в районе боковых стенок уменьшилась и поднялась вверх

Температура

расплава

1530оС

Пористость сутствует

от-

1

2

3

4

5

а) б)

Рис. 1. Отливка "Кронштейн": а - готовая отливка; б - куст литейной формы

На основании поученных результатов для устранения пористости в условиях реального производства можно рекомендовать вариант № 5 -добавить в конструкцию ЛПС питатель в район плоской части отливки, температуру формы перед заливкой задать 800оС.

Отливка «Корпус» из алюминиевого сплава АК7ч (рис. 2) изготавливается литьем в кокиль. В ходе технологического процесса кокиль предварительно нагревается до температуры 250°С, заливаемый

сплав нагревается до температуры 740°С.

В результате моделирования была выявлена проблемная зона: в стенках площадки основания отливки обнаружены зоны пористости (табл. 2, строка 1).

Для устранения дефектов литья произведено изменение режимов литья и конструкции ЛПС: убран питатель, подведенный к плоской области корпуса, и добавлен дополнительный холодильник (табл. 2, строка 6).

а) б)

Рис. 2. Отливка «Корпус»: а - готовая деталь; б - исходная конструкция отливки

_Этапы улучшения технологического процесса_

Таблица 2

№

Изменения

Отливка

Результаты моделирования

Исходный технологический процесс

Пористость в стенках отливки

Температура нагрева расплава 735оС

Пористость сохраняется

1

2

№

Изменения

Отливка

Результаты моделирования

Температура расплава 735 С; температура нагрева кокиля 200оС

Пористость сохраняется

Температура расплава 735оС; температура нагрева кокиля 200оС; изменение места заливки

Пористость сохраняется

Температура расплава 735 С; температура нагрева кокиля 200оС; изменение места заливки; изменение конструкции литниковой системы: убран питатель

Пористость сохраняется

Температура нагрева кокиля 200оС; температура расплава 735оС; изменение места заливки; изменение конструкции литниковой системы: убран питатель, подведенный к плоской области корпуса, и добавлен в это место дополнительный холодильник

Пористость сохраняется

Температура расплава 725 С; температура нагрева кокиля 200оС; изменение места заливки

Пористость сохраняется

Температура нагрева кокиля 200оС; температура расплава 725оС; изменение конструкции литниковой системы: убран питатель, подведенный к плоской области корпуса, и добавлен в это место дополнительный холодильник

Пористость устранена

3

4

5

6

7

8

На основании результатов моделирования для реализации в условиях реального производства можно рекомендовать вариант № 8 - температура кокиля 200оС, температура расплава 725оС, изменить конструкцию ЛПС: убрать средний питатель, подведенный к плоской области отливки, и добавить в это место дополнительный холодильник.

Отливка «Катушка» из алюминиевого сплава АМ 4,5Кд (рис. 3) изготавливается в результате процесса литья в песчано-глинистые формы. В ходе процесса используется ГОСТ 1583-93. Температура заливаемого сплава 700оС.

Моделирование технологического процесса в программном комплексе выявило проблемную зону: в стенке цилиндрической части отливки обнаружены зоны пористости (табл. 3, строка 1). Обнаруженный в процессе моделирования дефект по своему местоположению совпадает с дефектами, возникающими при изготовлении реальных отливок.

Для устранения дефектов литья произведено из-

менение ЛПС (табл. 3, строка 2). Литниковая система зеркально отражена на другую сторону отливки, разъединенные холодильники выполнены на одной стороне торцевой части. Введен дополнительный питатель.

На основании поученных результатов для реализации в условиях реального производства можно рекомендовать вариант № 2 - температура расплава 695оС, изменить конструкцию ЛПС: литниковую систему зеркально отразить на другую сторону, разъединенные холодильники выполнить на одной стороне, ввести дополнительный питатель.

На основе отработанной технологии исследования процессов изготовления деталей созданы методики применения САй/САЕ-систем для моделирования типовых процессов литья. С их помощью были предложены рекомендации для решения практических задач, которые могут быть использованы для совершенствования реальных технологических процессов.

а) б)

Рис. 3. Отливка «Катушка»: а - готовая деталь; б - отливка

Этапы улучшения технологического процесса

Таблица 3

№

Изменения

Отливка

Результаты моделирования

Исходный технологический процесс

Пористость в стенках отливки

Температура расплава 695°С, дополнительный питатель 60х6 мм, литниковая система развернута

Пористость устранена

1

2

Таким образом, проведенный комплекс работ благодаря применению ОЛО/ОЛЕ-систем позволит ускорить подготовку производства при существенном снижении затрат на технологическую отработку процессов изготовления деталей.

Представленная в рамках данной статьи работа проводится при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (Минобрнауки России) по комплексному проекту 2012-218-03-120 «Ав-

томатизация и повышение эффективности процессов изготовления и подготовки производства изделий авиатехники нового поколения на базе Научно-производственной корпорации «Иркут» с научным сопровождением Иркутского государственного технического университета» согласно Постановлению Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. № 218.

Библиографический список

1. Абрамов Г.Г. Справочник молодого литейщика: Литье в песчано-глинистые формы: справочник для сред. проф.-техн. учеб. заведений. М.: Высш. школа, 1978. 199 с. (Профтехобразование. Литейное производство).

2. Гольдберг И.Е. Пути оптимизации литьевой оснастки: Её величество литьевая форма. 2-е изд., доп. СПб.: Научные основы и технологии, 2011. 352 с. [Серия «Золотой фонд конструктора»].

3. Дубицкий Г.М. Литниковые системы. Москва-Свердловск: Машгиз, 1962. 256 с.

4. Иванов В.Н., Казеннов С.А., Курчман Б.С. и др. Литье по выплавляемым моделям / под общ. ред. Я.И. Шкленника, В.А. Озерова. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1984. 408 с.

5. Кован В.М. Расчет припусков на обработку в машиностроении: справочное пособие. М.: Гос. науч.-техн. изд-во машиностроит. и судостроит. лит-ры, 1953. 208 с.

6. Святкин Б. К. Литье в кокили: учебник для техн. училищ. М.: Высш. школа, 1979. 176 с. (Профтехобразование. Литейное пр-во).

УДК 621.757

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО АНАЛИЗА ТРЁХМЕРНЫХ ДОПУСТИМЫХ ОТКЛОНЕНИЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ

© А.В. Шабалин1, Ю.С. Евстигнеев2, Д.Ю. Пискунов3

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Приведен пример автоматизированного трехмерного размерного анализа, а также место этого анализа в процессе НИОКР. Показано, что применение данного анализа в процессе конструкторской подготовки позволит улучшить качество проектирования сложных наукоемких технических объектов, а также снизить трудоемкость их изготовления.

Ил. 7. Табл. 3. Библиогр. 5 назв.

Ключевые слова: допуски; машиностроение; конструкторская подготовка производства; анализ собираемости.

APPLICATION PROSPECTS OF THE SYSTEM OF 3D PERMISSIBLE TOLERANCE COMPUTER-AIDED ANALYSIS

IN MECHANICAL ENGINEERING

A.V. Shabalin, Yu. S. Evstigneev, D.Yu. Piskunov

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The article gives an example of a three-dimensional computer-aided analysis and shows its place in research and development. The use of the three-dimensional computer-aided analysis in design preparation will improve the design quality of complex high-tech engineering facilities as well as reduce their labor intensity. 7 figures. 3 tables. 5 sources.

Key words: tolerances; mechanical engineering; designing preproduction; assemblability analysis.

Высокотехнологичные изделия, поставляемые современным производством, должны соответствовать требованиям заказчика и потребителя: выгодное соотношение цена-качество, выполнение изделием всех

требуемых функций, длительный срок эксплуатации; недорогое техническое обслуживание. Указанные требования выполняются при достижении таких целей, как серийное производство изделий, функциональ-

1Шабалин Антон Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии машиностроения, тел.: 89148800312, e-mail: freeman@istu.edu

Shabalin Anton, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Technology of Mechanical Engineering, tel.: 89148800312, e-mail: freeman@istu.edu

2Евстигнеев Юрий Сергеевич, аспирант, тел.: 89041157393, e-mail: evstigneev.js@gmail.com Evstigneev Yuri, Postgraduate, tel.: 89041157393, e-mail: evstigneev.js @ gmail.com

3Пискунов Дмитрий Юрьевич, аспирант, тел.: 89500973762, e-mail: skeef90@yahoo.com Piskunov Dmitry, Postgraduate, tel.: 89500973762, e-mail: skeef90@yahoo.com