Авторы : R. A. Vdovin, V. G. Smelov
Автор перевода: L. Rukaber
Источник: 1Samara National Research University, Moskovskoe sh. 34, Samara, 443086 Russia
В статье рассматривается подход к прогнозированию генерации дефектов заливки на примере технологического процесса изготовления лопаток ГТД. В качестве инструмента исследования использовалась система моделирования литейных процессов ProCast. Рассмотрены вероятные причины образования дефектов и даны рекомендации по их устранению, ликвидация была обеспечена.
Лопасти ГТД являются наиболее напряженными и критическими частями газотурбинного двигателя. Они изготовлены используя особенные теплостойкие и сверхпрочные стали, титан и тугоплавкие сплавы, жесткие требования к точности и качеству поверхностного слоя. Поэтому производство технологического процесса лопастей ГТД должны быть эффективными и обеспечивать требуемую точность параметров[1]. Стоимость изготовления каждого клинка составляет несколько тысяч российских рублей, поэтому комплект полномасштабный экспериментов с целью определения оптимальных параметров всего производственного процесса может оказаться непомерно дорогой. Таким образом, возникает необходимость компьютерного моделирования существующего производственного процесса, литья с целью выбора оптимальных технологических параметров. Преимущества выполнения этапа компьютерного моделирования очевидны: оптимизация проектирования, снижение затрат на переработку, улучшение качества продукции, снижение эксплуатационных расходов и др. Mатематическое моделирование литейных процессов основано на уравнении тепломассообмена: тепловой поток уравнения Навье-Стокса, диффузии, кинетические уравнения кристаллических превращений и др. [3].
Широкий диапазон специального програмного обеспечения сфокусированного на процессах плавильни. Следующие системы наиболее широко используется в мире: Magmasoft (Германия), WinCast (Германия), ProCast (Франция), QuickCast (Франция), Пэм-чугун (Франция), CalcoSoft (Франция), Flow3D (США), PowerCast (США), SolidCast (США), CastCAE (Финляндия), LVMFlow (Россия, Ижевск), полигон (Россия, Санкт-Петербург), FlowVision (Россия, Москва) и Castflow (Австралия). К сожалению, лишь немногие из этих программ доказали свою эффективность в производственном процессе, т. е. Magmasoft, ProCast, SoldCast, а также два российских программных продукта: Poligon и LVMFlow. Метод конечных элементов является лучшим решением для компьютерного моделирования, для литья лезвия ГТД. Это объясняется тем, что данный метод позволяет наиболее точно описать геометрически сложную модель лопастного профиля. Поэтому на данном этапе целесообразно исключить программное обеспечение продуктам, основанных на методах конечных разностей и контрольных объемов. Мы также исключили программное обеспечение сюиты которые не сумели выполнить как мощные инструменты для моделирования процессов плавильни направленных к изготовления деталей газотурбинного двигателя [4].
В результате их сравнения были выявлены три мощных программных комплекса CAE для моделирования литейных процессов : Poligon, SolidCast и ProCast. Целесообразно сравнить эти комплекты программного обеспечения, основанные на их индивидуальной функциональности. Литературный обзор практического опыта использования программного обеспечения для компьютерного моделирования позволяет сделать выводы о функциональности каждой системы.
Программный продукт Pol Poligon порекомендован для пользы вместе с другим програмным обеспечением плавильни таким, как проверка критических отливок.
SolidCast программный продукт начального уровня литейного программного обеспечения. Позволяет моделировать основные задачи существующей технологией. Рекомендуется для компаний, производящих широкий спектр не очень сложных отливок.
Программный продукт – имеет неограниченное количество осей в системе, несколько блоков и элементов в решетке, калькулятор термодинамических свойств материалов и все его результаты могут быть проанализирована и продемонстрированы в режиме реального времени (благодаря многоядерному процессору). Она лучше всего подходит для решение сложных инженерных задач в области материаловедения и сопротивления материалов. Он способен надежно и точно моделировать задачи деформационно-напряженного состояния отливки и прогнозирует формирование структуры кристаллитов в отливке.
На основе приведенного выше анализа САЕ систем компьютерного моделирования сделан вывод о том, что программное обеспечение является наиболее оптимальным решением для оптимизации МП лопастей ГТД с использованием компьютерной экспериментов.
Ниже хороший случай выявления и анализа литейных дефектов в литье лопаток ГТД использование процесса компьютерного моделирования в procast software suite. На сегодняшний день специалисты компании разработали технологию литья лопастей. Однако, эта технология далека от идеала: после литья,микропористость в верхнем и нижнем фланцах лопастей и микропористость в профилях лопастей. Цель целью данной работы было исследование и оптимизация существующей технологии изготовления лопастей ГТД с цель улучшение качества части заготовки.
В процессе литья, заполнять сплав в прессформе, это поможет определить тип завалки и оценитб эффективность, стробируя системы определите зоны турбулентной подачи, зоны максимума скорость потока, возможные области эрозии формы или стержня, а также области образования воздуха включения, которые могут способствовать образованию газовых включений в отливке. Исходя из типа гидравлики заливки пресс-формы, можно сказать, что заливка начальная скорость была выбрана в оптимальном пути (примерно 20 секунд), потому что уровень металл в лить тазике постоянн поддержан, и никакие чрезмерно брызгать и ингибитирование эффект.
Динамика заполнения формы металлом свидетельствует о необходимости изменения подачи металла, а именно система стробирования. Так как боковые ворота не работают, необходимо сделать принудительную подачу в стояк для подачи металла снизу, так что лить изначально только снизу, и затем обеспечить, чтобы определенный уровень металла подавался в стояки, нагревая их. Вот как это возможно произвести дирекционную кристаллизацию (вверх ногами) и обеспечить более ровный лить – в лезвия полый, т. е. сделать стояк с двухуровневым фидером к нижнему и верхнему разделам. В этом случае более низкого фланца лезвия можно улучшить.
Исследование МП для изготовления лопаток ГТД с использованием элементов компьютерного моделирования позволило, лучше понять механизм формирования отливки, структуру и причины формирование дефектов заливки, на основании которых были даны рекомендации по способам устранения дефектов. С целью оптимизации МП для отливки лопастей было предложено несколько изменить конструкцию литниковой системы, т. е. сделать принудительной подачи стояку подачу металла снизу, что бы не бросить швы, образование горячих точек и пористости в более низком фланце и достигнуть более даже завалки профиль лопасти. Оптимизированные параметры производственного процесса были протестированы в ProCast среда компьютерного моделирования. Результаты моделирования показали отсутствие некоторых дефектов заливки на кастинге. Отливки образца лезвий после этого были изготовлены используя отрегулированный MP параметры. Данные образцы отливок не выявили дефектов в виде литых швов и пористости в верхние и нижние болота