s803,804

1

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ«ХАРЬКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»

кафедра ТММ и САПР

Курсовая работа по курсу «Моделирование объектов и процессов в компьютерных

системах» Тема работы:

Моделирование процесса литья на отливке «Корпус буксы»

Выполнили студентки гр. ТМ-88Б Бондаренко О. А., Бондаренко М. А. Руководитель проекта доцент Грабовский А. В.

Харьков 2012

2

Постановка задачи

Смоделировать процессы литья в песчано-глинистую форму на отливке 100.10.009-0 «Корпус буксы». Базовые программные продукты: SolidWorks, LVMFlow.

3

Деталь «Букса». Методы изготовления

Материал - сталь 15Л Масса детали - 46,5 кг Габариты: 382х242 мм Средняя толщина стенки: 15 мм Мин. толщина стенки: 9 мм Макс. толщина стенки: 50 мм

3

4

Литьё в пещано-глинистую формуТехнологические данные рассматриваемого примера

1. Материал отливки: сталь 15Л.2. Температура заливки: 1550-1580 С.3. Время заливки: 20-25 сек.4. Формовка в двух опоках по сырому.5. Плотность формы 85-90 ед.

6. Опоки: 910*610*400(низ)/250(верх) [мм].7. Формовочная смесь песчано-глинистая состава:

− отработанная горелая земля: 94,0-97,0%;− песок кварцевый ГОСТ 2138-91 3-5 К1-2 О3-4 02(025): 3,0-6,0%;− суспензия бетонитовая (более 100%) 3,2%;

Свойства формовочной смеси:− газопроницаемость> 100 ед;− прочность на сжатие 0,6-0,9 МПа;− влажность 38-4,4%.

8. Стержень изготовляється по нагреваемой оснастке.9. Состав стержневой смеси:

− формовочный песок – 100%;− композиция фенол-формальдегидной смолы – 2,4-2,6%; пыль от електродуговых печей – 1,0%; FeCl3 (от веса композиции) – 5,0-5,7%; бензин - 0,05%.Соста композиции фенол-формальдегидной смолы: фенол-формальдегидная смола по ТУ 6-05-1164-87 – 100%; карбамид по ГОСТ 2081-85.Свойства стержневой смеси: газопроницаемость > 100 ед; влажность1,0-1,4%; прочность на сжатие ≤ 0,003 МПа; прочность на растяжение в твердом состоянии > 2МПа.

5

Основные этапы анализа отливки с использованием компьютерных систем CAD/CAE:

1. Построение геометрической модели отливки (CAD).

2. Компьютерный анализ литейных особенностей отливки (САЕ).

3. Объемное конструирование литниково-питающей системы (CAD).

4. Проверка эффективности литниково-питающей системы, компьютерное моделирование литейных процессов (САЕ).

6

Построение геометрической модели отливки на базе геометрической модели детали (в SW)

Рисунок 1 – Построение геометрической модели

7

Компьютерный анализ литейных особенностей отливки (в LVMFlow):

а) б)

Рисунок 2 – Области неплотного металла в разных вариантах положениях отливки:а) 1 вариант; б) 2 вариант

8

Компьютерный анализ литейных особенностей отливки (в LVMFlow):

выявление тепловых узлов по распределению температуры при виртуальном наблюдении кристаллизации отливки без прибылей и литниковой системы

9

Объемное конструирование литниково-питающей системы,

исходя из выявленного расположения изолированных зон расплава в отливке и теоретических сведений

Рекомендованное соотношение площадей питателей, литникового хода и стояка:

где Q – масса отливки, кг; - удельная скорость заливки, кг/ с; - время заливки, с.

2,1:1,1:1::.

FFF стхлп

t

Q

K yп F

см2

K y

t

(1)

(2)

10

Объемное конструирование литниково-питающей системы

По площадям сечений определяются размеры литникового хода, питателя, стояка. Тип воронки выбирается в зависимости от массовой скорости заливки , в кг/с.

Рисунок 4 – Размеры линикового хода, мм

Рисунок 5 – Размеры питателя, ммРисунок 6 – Размеры воронки, мм

Gнач

11


Для отливки были применены легкоотделяемые прибыли.

где - диаметр прибыли в дм; - диаметр окружности, вписанной в термический узел отливки в дм; Q – масса питаемого узлав кг.

Высоту прибыли находят с отношения

3 Q)2,01,0(D d вппр

Dпр d вп

5,11DH

пр

пр

(3)

(4)

12


Рисунок 8 – Литниково-питающая система

Масса отливки с ЛПС – 76,7 кг

13

Моделирование процесса литья (LVMFlow)

Анализ температурных полей и литейных дефектов компьютерной программой LWMFlow последовательно проводится в четырех модулях:

1. Препроцессорный модуль «3Д импорт».

2. Препроцессорный модуль «Начальные установки». Здесь была построена сеточная модель с такими параметрами:

нормальные граничные условия; размер ячейки сетки – 4 мм; плоскость симметрии.

Также были назначены: сплав - литейная сталь 15Л, материал формы – Furane-смесь и антипригарное покрытие толщиной 0,5мм с теплоёмкостью 0,3.

14


3. Процессорный модуль «Полная задача».

В этом модуле были заданы параметры технологичного процесса, связанного с заполнением формы.

Для отливки корпуса буксы был выбран способ

заполнения «Гравитационное литье, струя».

Были заданы такие параметры: напор – расстояние от уровня металла в ковше до

уровня, на котором размещается литниковая точка – 200 мм;

коэффициент сопротивления течению – 0,8; поток – кг/с.8G

нач

15


4. Постпроцессорный модуль «Банк паспортов»

Рисунок 9 – Прогноз усадочных дефектов, %

16

Анилиз результатов

Анализ результатов показал недостаточную эффективность прибылей. Хотя большинство усадочных дефектов собраны в литниково-питающей системе, незначительные дефекти размещены и в самой отливке.

Для повышения эффективности питания было решено применить холодильники. Поэтому к конструкцие было добавлено 4 холодильника.


Рисунок 10 - 2 вариант ЛПС

17


Рисунок 11 – Прогноз усадочных дефектов, 2 вариант ЛС, %

18


Применив холодильники, удалось избавиться от двух проблемных зон

19


С другими дефектными областями было решено бороться аналогично – установить еще два холодильника с двух сторон буксы.

Рисунок 12 - 3 вариант ЛПС

20


Рисунок 13 – Прогноз усадочных дефектов, 3 вариант ЛС, %

21


Полученный результат оказался хуже предыдущего. Поэтому вместо холодильников с двух сторон буксы были установлены отводные прибыли.

Рисунок 14 – Прогноз усадочных дефектов, %

22


Установка прибылей на необрабатываемых частях отливки вызывает дополнительные затраты на зачистку мест установки прибылей. Поэтому вместо 2х было взято 4 прибыли другой формы.

Рисунок 15 – Эскиз отводной прибыли

Масса отливки с ЛПС – 81 кг

23


Рисунок 16 – Усадка, 5 вариант ЛС, %

24


Рисунок 17 – ЛС с подачей металла сифоном


25


Рисунок 16 – Усадка, 6 вариант ЛС, %

26

Сравнение вариантов изготовления отливки «Корпус буксы»

Масса отливки 50 кг№ Наименование варианта Общая

масса, кгМасса ЛПС, кг

Усадочные дефекты

1 4 прибыли прямого питания,

по разъёму76,7 26,7 6 дефектных

области

2 4 прибыли и 2 холодильника, по разъёму

76,7 26,7 4 дефектных области

3 4 прибыли и 4 холодильника, по разъёму

76,7 26,7 Увеличение размеров сущ-щих

дефектных обл.

4 4 прибыли прямого питания, 2 отводные, 2 холодильника, по

разъёму

90 40 2 небольшие области на ребрах

буксы

5 4 прибыли прямого питания, 2 легкоотделяемые отводные, 2

холодильника, по разъёму

81 31 4 дефектных области, больше, чем в варианте 2

6 4 прибыли и 2 холодильника, сифоном

80,34 30,34 Аналогичные

27

Выводы

Анализ результатов показал, что ни один из вариантов литниковой системы не является приемлемым для изготовления отливки «Корпус буксы». Лучшие результаты дал 2 вариант литниковой системы, но они неудовлетворительны.

В перспективе следует рссмотреть другие способы литья (в кокиль, центробежный) для получения данной отливки.

28

Спасибо за внимание

Documents

s803,804