Исследование проливаемости литейной формы при проектировании литниковой системы отливки корпуса

Цель исследования – определение размеров и конфигурации литниковой системы для предотвращения грубых дефектов отливок, связанных с недостаточной проливаемостью формы, при получении отливки корпуса способом литья по выплавляемым моделям. 

Методы. Исследования проводились методами компьютерного моделирования процесса литья по выплавляемым моделям, базирующегося на методе конечных элементов, и виртуального инжиниринга. 

Для достижения поставленной цели построена 3D-модель отливки с несколькими вариантами литниковой системы. Моделирование процесса литья проводилось в  программном комплексе PROCAST, при работе в котором были автоматически устранены дефекты чертежа и построены 2D- и 3D-сетки, что позволяет максимально учитывать конфигурацию отливки в процессе моделирования. В результате симуляции процесса литья были построены эпюры заполнения формы расплавом и определены места появления возможных грубых дефектов.

Результаты. По результатам компьютерного моделирования процесса литья по выплавляемым моделям корпуса с различной конфигурацией и размерами литниковой системы были определены варианты выполнения литниковой системы, обеспечивающие отсутствие грубых дефектов, связанных с недостаточной проливаемостью формы. Также учитывалась равномерность процесса кристаллизации отливки. 

Заключение. Применение современных методов компьютерного моделирования позволяет существенно сократить время технологической подготовки производства, оперативно вносить изменения в конфигурацию отливок и литниковых систем, прогнозировать появление возможных дефектов и оперативно разрабатывать мероприятия по их устранению. Широкое применение в инженерной практике программных комплексов моделирующих различные литейные процессы, позволяет повысить качество выпускаемых изделий и их конкурентоспособность.

1. Яковлев А. Д., Пустовалов Д. О., Овчинников А. М. Оптимизация литниково-питающей системы для отливки «Корпус» с применением 3D-твердотельного моделирования и системы PROCAST // Master's Journal. 2013. № 1. С. 37–41.

2. Применение методов компьютерного моделирования при изготовлении сложноконтурной отливки / В. А. Дуюнова, С. В. Молодцов, А. А. Леонов, А. В. Трапезников // Труды ВИАМ. 2019. № 11 (83). С. 3–11.

3. Компьютерное моделирование распределения температуры на поверхности формы и внутри отливки при высокоградиентной направленной кристаллизации / Ю. А. Бондаренко, А. Б. Ечин, В. Е. Баженов, А. В. Колтыгин // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2017. № 4. С. 53–61.

4. Тонкович А. А., Скворцов А. А. Расчет вертикальных литниковых систем с использованием стандартных элементов // Литье и металлургия. 2016. № 1 (82). С. 136– 150.

5. Колтыгин А. В., Баженов В. Е. Об особенностях расчета усадочных дефектов в отливках с использованием программного пакета PROCAST // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2009. № 5. С. 36–38.

6. Стариков В. С., Зубкова О. С., Зубков Д. А. Моделирование процесса литья в оболочковую форму для детали «корпус» в САПР SOLIDWORKS // Современные материалы, техника и технологии. 2019. № 6 (27). С. 23–26.

7. Суслова И. В. Моделирование линейных процессов заливки и кристаллизации с применением программного обеспечения "PROCAST" // Актуальные вопросы систем качества и экологизации производства: материалы Всероссийской научно-практической конференции. Курган: Курган. гос. ун-т, 2020. С. 190–192.

8. Пустовалов Д. О. Оптимизация конструкции прибылей для стальных отливок сложной конфигурации с последующим анализом в программном комплексе PROCAST // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2012. Т. 14, № 3. С. 63–67.

9. Перфилова В. Ю., Широких Э. В. Снижение уровня брака отливок с помощью компьютерного моделирования литейного процесса в PROCAST // Комплексные проблемы развития науки, образования и экономики региона. 2014. № 2 (5). С. 106–111.

10. Трапезников Н. В., Шумков А. А., Матыгуллина Е. В. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния керамического стержня в процессе прокалки // Теория и технология металлургического производства. 2020. № 4 (35). С. 29–34.

11. Никаноров А. В. Сравнительный анализ компьютерных программ для моделирования литейных процессов // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22, № 11 (142). С. 209–218.

12. Использование современных систем моделирования и контроля для производства отливок ответственного назначения / К. А. Батышев, В. А. Кателин, К. Г. Семенов, С. Н. Панкратов, С. В. Колосков, А. В. Васияров // Современные материалы, техника и технологии. 2018. № 1 (16). С. 4–10.

13. Родионова М. П. Рекомендации по устранению дефектов при литье по выплавляемым моделям // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2016. Т. 2, № 12. С. 202–203.

14. Вдовин К. Н., Феоктистов Н. А., Овчинникова М. В. Компьютерное моделирование физического питания отливки «колесо» в литье по выплавляемым моделям // Технологии металлургии, машиностроения и материалообработки. 2018. № 17. С. 98–101.

15. Леушина, Л. И., Ульянов В. А., Нищенков А. В. Инновационные технические решения повышения трещиностойкости оболочковых форм литья по выплавляемым моделям // Теория и технология металлургического производства. 2013. № 1 (13). С. 48– 49.

16. Шкленник Я. И. Литье по выплавляемым моделям / под ред. Я. И. Шкленника и В. И. Озерова. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1971. 436 с.

17. Литейное производство / под ред. И. Б. Куманина. М.: Машиностроение, 1971. 319 с.

18. Озеров В. А., Гаранин В. О. Литье повышенной точности по разовым моделям. М.: Высшая школа, 1988. 85 с.

19. Основные этапы моделирования процесса литья по выплавляемым моделям заготовки корпуса в программном комплексе PROCAST / О. С. Зубкова, В. С. Стариков, Д. А. Зубков, С. С. Болотов // Техника и технологии: пути инновационного развития: сборник научных трудов 9-й Международной научно-практической конференции: в 2-х т. Курск: Университетская книга, 2020. С. 185–190.

20. Абдуллин А. Д. Новые возможности программного комплекса PROCAST 2017 в области моделирования литейных процессов // Металлург. 2017. № 6. С. 20–25.

21. Кучин П. С. Использование программного комплекса PROCAST // Литейное производство. 2007. № 7. С. 27–30.