В ноябре 2021 года специалисты ГК «ПЛМ Урал» провели компьютерное моделирования технологии литья детали «Крышка» по заказу ОАО «ВОЛГОГРАДНЕФТЕМАШ» для выявления проблемных дефектов, которые встречаются на производстве, а также поиска возможных вариантов оптимизации технологии. Моделирование проводилось в программном комплексе ProCAST (ESI Group, Франция), позволяющий оценить процесс заполнения и кристаллизации сплава для различных видов литья и выявить большое количество различных литейных дефектов.
Данная отливка производится из легированной стали 12Х18Н9ТЛ методом литья в песчаные формы, масса отливки составляет 460 кг. Технология предусматривает использование экзотермических оболочек для подогрева прибылей и более эффективного питания отливки в процессе кристаллизации сплава.
Расчет течения металла при заполнении формы показал высокую эффективность предложенной литниковой системы: заполнение полости формы происходит плавно, без высокоскоростного течения потоков сплава, что исключает размыв формовочной смеси и появление неметаллических включений в отливке. Вероятность образования недолива или неслитин также исключена, так как в процессе заливки формы температура металла не опускается ниже Ликвидуса.
Рис. 1. Заполнение формы сплавом, температура потока.
В то же время анализ характера затвердевания отливки показал, что объема прибылей недостаточно для эффективного питания отливки, несмотря на применение экзотермической смеси: массивные части отливки затвердевают позднее прибылей, из-за чего в данных местах формируются большие усадочные дефекты. Кроме того, раковины в прибылях уходят в тело отливки, что означает, что дефекты будут вскрыты при обрезке и потребуют дополнительных операций по их исправлению.
Рис. 2. Формирование тепловых узлов в отливке: твердая фаза в сплаве при затвердевании (слева) и критерий «Время затвердевание сплава»
Рис. 3. Усадочные дефекты в отливке
Моделирование напряженно-деформированного состояния отливки при охлаждении в форме показало потенциальные места формирования холодных трещин, связанных с низкой податливостью формы: в углах крышки, в местах сочленения петель и на фланцах под прибылями. Появление горячих трещин в отливке маловероятно.
Рис. 4. Результаты критерия формирования холодных трещин
По результатам проведенной работы, была подтверждена высокая сходимость полученных результатов моделирования с производственными дефектами, предложены меры по устранению основных усадочных дефектов увеличением размеров прибылей. Система моделирования литейных процессов ProCAST рекомендована к внедрению на литейном производстве ОАО «ВОЛГОГРАДНЕФТЕМАШ».
