Головное предприятие Федерального космического агентства (Роскосмос) ФГУП «НПО «Техномаш» выбирает компанию «Делкам-Урал» в качестве партнера по программным продуктам для моделирования литейных процессов.
Доклад: «Системы компьютерного моделирования литейных процессов.»
П.Б. Петров, инженер («НПО «ТЕХНОМАШ»)
В конце 80-х годов прошлого века на Западе некоторые компании начали вести работы по математическому моделированию процессов изготовления заготовок и деталей. С развитием компьютерной техники этим работам уделяется все большее внимание. В настоящее время существуют системы компьютерного моделирования литейных процессов, процессов термообработки, штамповки, сварки и других. Чтобы эффективно работать с этими системами, технологу, помимо знания специальности, необходимо на хорошем уровне умение работать на компьютере.
В статье пойдет речь о системах компьютерного моделирования литейных процессов (СКМЛП).
ФГУП «НПО «Техномаш» в 2009 году были проведены маркетинговые исследования, а также встречи с организациями-дилерами и предприятиями-разработчиками существующих на рынке специализированных расчетных программ по моделированию литейных процессов:
- ООО «Диал-инжиниринг» (г. Санкт-Петербург) - программа MAGMAsoft (разработчик Германия);
- ООО «Полигон» (г. Санкт-Петербург) - программа «Полигон» (разработчик ФГУП ЦНИИМ, г. Санкт-Петербург);
- ООО «ПроМодель» (г. Воронеж) - программа LVMFlow (разработчик НПО МКМ, г. Ижевск);
- ЗАО «CSoft» (г. Москва) - программа «Полигон»;
- ЗАО «Делкам-Урал» (г. Екатеринбург) - программа «ProCAST».
Кроме того, программа LVMFlow была взята в опытную эксплуатацию сроком на два месяца и в ней был выполнен расчет, представленный на рис.1, а ЗАО «CSoft» выполнила расчет в программе «Полигон», представленный на рис.2.
 |
 |
| Рис. 1. Расчет усадочных дефектов в программе “LVMFlow” | Рис. 2. Расчет усадочных дефектов в программе “Полигон” |
Результатом, после выполнения расчётов в любой программе является моделирование процесса:
- заполнения формы металлом;
- образования твёрдой фазы из жидкой;
- охлаждения отливки в форме.
В результате был выбран программный пакет «ProCAST» (фирма ESI Group, Франция), как наиболее подходящий для производства отливок.
Основные возможности пакета «ProCAST»:
- представлены все виды литейных процессов;
- наличие собственного генератора конечно-элементной (КЭ) сетки;
- наличие большой базы данных и возможность расчёта необходимых данных;
- вывод данных в формах, удобных для анализа;
- расчёт напряженно-деформированного состояния и прогнозирование возникновения трещин;
- возможность решения «узких» задач, например, расчёт зерновой структуры;
- совмещение полученных результатов расчета отливок с другими программами («ANSYS» и т. п.) для последующего проведения, в этих программах, расчетов на прочность, герметичность, теплопроводность и т.д.
Программный пакет «ProCAST» успешно эксплуатируется на таких крупных предприятиях как ФГУП ММПП «Салют» (авиастроение), ОАО «Авиадвигатель», КАМАЗ и др. На этих предприятиях «ProCAST» используется не только для расчета процесса заполнения, кристаллизации и определения усадочных дефектов (рис.3). Эти возможности предоставляет большинство из программ, представленных на рынке, но и для более «узких» задач, таких как расчет зерновой структуры отливок (например, при направленной кристаллизации отливок типа «лопаток», рис.4, 5) и расчет напряженно-деформированного состояния и коробления.
Рис. 3. Расчет усадочных дефектов в программе “ProCAST”
Рис. 4. Расчет зерновой структуры в программе “ProCAST”
Рис. 5. Расчет зерновой структуры в программе “ProCAST”
Вместе с тем нельзя не отметить, что «ProCAST» обладает высокой стоимостью среди других программных пакетов. В ходе переговоров с ООО «Делкам-Урал» (г. Екатеринбург) был заключен договор на взаимовыгодных условиях, по которому ООО «Делкам-Урал» осуществило поставку и техническую поддержку программного пакета «ProCAST».
«НПО «Техномаш» на основе большого опыта, приобретенного при отработке технологии литья по выплавляемым моделям деталей ракетно-космической техники, является разработчиком унифицированной базы данных элементов литниково-питающей системы (ЛПС). Область применения базы данных распространяется на детали с размерами от 100 до 800 мм и массой от 10 до 150 кг. Использование базы позволяет ускорить процесс разработки технологии литья. На рис.6 приведены примеры деталей, ЛПС которых была выполнена с использованием базы данных. Применение программ моделирования вызвало необходимость совершенствования этой базы данных. Она была дополнена новыми элементами и все 354 элемента ЛПС были переведены в ЗD-модели, используя программу «SolidWorks». В настоящее время формирование ЛПС отливки осуществляется на компьютере виртуальным подбором и установкой на отливку элементов ЛПС. Далее в программе моделируется процесс литья по выплавляемым моделям (ЛВМ) и по его результатам делается вывод о пригодности созданной ЛПС. Если результат отрицательный, то выбираются новые элементы ЛПС из базы, и процесс повторяется вновь до получения положительного исхода. Данную работу выполняет технолог. Затем полученная ЛПС передается конструкторам для проектирования оснастки.
Рис. 6. Примеры отливок, литниково-питающие системы которых были выполнены при помощи базы данных
Для опробования программного пакета «ProCAST» была взята отливка «Корпус» рис.7, изготовляемая из стали 04Х13Н5М5К9Л. Ранее уже проводились работы по выбору оптимального варианта технологии (рис.8, а - из журнала CADmaster №2, 2007 для расчета использовали LVMFlow; рис.8, б - из трудов 4-й международной научно-практической конференции «Прогрессивные литейные технологии» для расчета использовали «Полигон»). В данный момент разрабатывается оптимальная технология изготовления отливки с применением пакета «ProCAST», что позволит рассчитать процесс заливки формы, определить эффективность работы литниково-питающей системы отливки и в результате разработать технологию литья, обеспечивающую получение бездефектной отливки, снизить затраты и повысить выход годного. Первые результаты по изменению технологии уменьшили массу блока отливки на 25 кг.
Рис. 7. Отливка “Корпус” и сборка модельного блока
Рис. 8. Различные варианты технологии изготовления отливки “Корпус”
«НПО «Техномаш» планирует докупать другие модули программного пакета в целях более полного использования возможностей пакета, при разработке технологических процессов и принимает заказы от предприятий отрасли на математическое моделирование сложных и особо сложных деталей в программе «ProCAST».
