2. Процесс моделирования

1. Генерация конечно-элементной сетки

Генерацию конечно-элементной сетки выполнили использованием SolidWorks. Сам процесс пакет позволяет подобрать в подборе оптимальные параметры элементарных объемов. Готовый файл с конечно-элементной сеткой (рисунок 5.1) экспортировали в программный пакет «Полигон» для моделирования литейных процессов. Параметры конечно-элементной сетки приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Параметры конечно-элементарной сетки

Количество элементов	Количества узлов	Размеры тетраэдров
234561	180694	10 мм

Рисунок 5.1 – Конечно-элементная сетка

2. Начальные и граничные условия

Моделирование литейных процессов проводили с использованием пакета «Полигон». «Полигон» позволяет моделировать следующие процессы: тепловые процессы при затвердевании, вероятность образования усадочных раковин и макропористости, образование микропористости, гидродинамические процессы при заливке.

Начальные условия, использованные при моделировании литейных процессов технологического процесса изготовления отливки «Стакан» приведены в таблицах 5.2, 5.3, 5.4.

Таблица 5.2 – Теплофизические свойства литейной формы

Материал литейной формы	Теплоемкость, КДж/м3·К	Теплопроводность, Вт/м·К
Песчано-глинистая смесь с влажностью 3,5 – 4,5 %	1400,0 – 1400,360	0,6 – 1,5

Таблица 5.3 – Теплофизические свойства СЧ 20

Плотность, кг/м3	Удельная теплоемкость, Дж/кг·град.	Теплопроводность, Вт/м·град.	Тлик, °С	Тсол, °С
7100	607	54	1315	1128

Таблица 5.4 – Начальные условия

Температура заливки, °С	Температура формы,°С	Линейная скорость заливки, м/с	Коэффициент теплопередачи на границе контакта отливка/форма, Вт/м2·К
1420	20	3,2	500

3. Гидродинамика заполнения литейной формы

Моделирование гидродинамических процессов заполнения литейной формы выполнено с использованием модуля «Мираж-3D». Результаты моделирования приведены на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 – Результаты расчета процесса гидродинамики заполнения

литейной формы в момент окончания заливки (46,8 с)

В результате моделирования уточнено время заполнения полости формы расплавом, которое при заданной линейной скорости заливки составляет 46,8 с. Падение температуры расплава за период заполнения составляет 46 °С.

4. Процесс кристаллизации

Моделирование процесса кристаллизации расплава выполнено с использованием модуля «Фурье-3D». При расчете процессов кристаллизации использованы данные о распределении температуры в литейной форме и отливках, поученные при моделировании процесса заполнения. Процесс моделирования представлен на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 – Моделирование процесса кристаллизации

В результате моделирования установлено, что время затвердевания до

температуры Т_сол составляет 721 с.

Анализ усадочных дефектов показал (рисунок 5.4), что усадочные раковины формируются только в литниковой чаше-нарощалке (глубина раковин 30 – 45 мм), вероятность образования пористости менее 3 %. Таким образом, разработанная технология изготовления отливки позволяет изготавливать отливки детали «Стакан» в соответствии с предъявляемыми требованиями. Технологический процесс может быть рекомендован для использования в реальных условиях производства.

Рисунок 5.4 – Результаты расчета вероятности образования пористости

ВЫВОДЫ

В результате выполнения курсового проекта, разработана технология изготовления отливки «Стакан», изготовляем на автоматической формовочной линии HWS. При выполнении проекта рассчитана литниково-питающая система, построены 3D модели отливки, литниково-питающей системы, формы в сборе. Промоделированы процессы заполнения литейной формы и затвердевания отливок. Время затвердевания до температуры Т_сол составляет 721 с.

Анализ вероятности образования усадочных дефектов показал, что вероятность их образования в теле отливки составляет менее 3 %. Разработанную технологию изготовления отливки «Стакан» можно рекомендовать для внедрения в реальных условиях производства.