КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКОГО ПИТАНИЯ ОТЛИВОК СВС В ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
Постановка задачи (актуальность работы): в статье представлены результаты исследования с применением системы компьютерного моделирования (СКМ LVM FLоw) затвердевания металла в отливке корпусного типа массой 42 кг, предназначенной для установки в оборудование магистральных нефтегазопроводов, с учетом одного из направлений ресурсосбережения в литейном производстве, позволяющего повысить технологический выход годного (ТВГ) экзотермического обогрева. Деталь ответственная, к ней предъявляется ряд требований по эксплуатации. Корпус такой массы получают способами литье по выплавляемым моделям (ЛВМ) и песчано-глинистые формы (ПГФ), при этом затраты на литниково-питающую систему (ЛПС) составляют соответственно ~200 и 100% от массы отливки. Показатели эффективности расхода жидкого металла определяются ТВГ, который для стальных отливок составляет 40-70%, а это значит, что до 55% жидкого металла расходуется на прибыли и элементы литниковой системы, что является экономически невыгодно. Применение самораспростроняющегося высокотемпературного синтеза (СВС) (экзотермический обогрев (толщина слоя 0,5-3,5 мм) и экзотермические прибыли) позволяет увеличить ТВГ до 90% и уменьшает расход жидкого металла. После построения 3D моделей конструкций отливок с ЛПС, уже применяемых на заводах, были проведены исследования процессов затвердевания по средствам СКМ ЛП LVM Flow. При моделировании процессов затвердевания отливки задавались разные теплофизические параметры с учетом технологии ее изготовления. Цель работы: подтверждение возможности применения СВС для ЛВМ в рамках использования технологии ВМЗ путем компьютерного моделирования. Исследование влияния технологических факторов (количество слоев оболочковой формы, температура прокалки оболочки) на качество стальной корпусной отливки в условиях ЛВМ и экзотермического обогрева. Используемые методы: применяется метод компьютерного моделирования LVM FLоw. Для проведения расчетов в СКМ ЛП LVMFlow построены 3D модели различных конструкций отливок с ЛПС, конвертированные в необходимый формат LVM Flow. При построении 3D моделей использовалась программа 3D моделирования SolidWorks 2010. Новизна: проведенный расчет показал, что предлагаемая ЛПС и технология изготовления отливки методом ЛВМ позволяет получать отливку без усадочных дефектов. Так как физика процесса питания отливки при помощи экзотермических прибылей сложна и требует построения дополнительной математической модели, компьютерное моделирование для СВС проводилось только для экзотермического обогрева прибылей, в СКМ ЛП LVM Flow это возможно, и апробировано в литье ПГФ. Предварительно был произведен расчет геометрических параметров экзотермических оболочек («колпачков») в зависимости от геометрической формы отливки. Их конструкции аналогичны, толщина стенки «колпачков» для ЛВМ 3,5 мм. Особенностью выбранных для ЛВМ «колпачков» явилось применение внутри на крышке колпачка треугольного выступа высотой 10 мм и шириной основания 30 мм, выступ расположен вдоль «колпачка» и играет роль экзотермического стержня, что способствует созданию дополнительного давления в прибыли и обогреву ее верхней части. Данное суждение подтвердилось в ходе компьютерного апробирования. Определены наиболее вероятные места образования дефектов и зависимость количества дефектов от технологических параметров. Основным технологическим параметром, оказывающим наибольшее влияние на качество отливки, является температура прокалки оболочковой формы. Предложена наиболее оптимальная технология, позволяющая получить практически бездефектную отливку, уменьшить количество слоев оболочковой формы, что в свою очередь ведет к экономии времени затраченного на ее изготовление и ресурсов, а ТВГ на 18% ниже, в сравнении с базовым вариантом ЛПС. Впервые, посредствам СКМ LVM FLоw, для ЛВМ подтверждена возможность получения качественных (по усадке) отливок с экзотермическим обогревом, что является, несомненно, важным фактом в литейной практике и достоинством данной работы. Практическая значимость: полученные данные позволяют продолжить экспериментальную работу и получить плотные отливки с экзотермическим обогревом для данного способа литья.