2.11. Моделирование процессов подогрева прибыли

Эффективность работы прибыли можно существенно повысить с помощью экзотермического обогрева. Экзотермическая вставка должна быть обособлена при построении 3D-модели. В модуле «Начальные установки» экзотермической вставке присваивается тип «Экзотермик» (рис. 22-а) и выбираются параметры экзотермической смеси (рис. 22-б): температура и время горения, количество тепла.

а б

Рис. 22.

Откройте модуль «Полная задача». Откройте ваш SIM-файл. В нем содержатся все необходимые данные для моделирования: геометрия отливки и начальные условия: материал формы, отливки и их начальные температуры. Воспользуйтесь меню «Начальные установки» и выберите команду выпадающего меню «Параметры заливки». Введите условия вашего задания, запустите расчет.

Моделирование проведите для двух случаев – с обычной прибылью и с использованием экзотермической вставки (рис.23). Данные расчета можно просмотреть в модуле «Банк паспортов». Проанализируйте, как изменяются локальные усадочные раковины при экзотермическом подогреве. Сохраните картинку усадочных раковин в вертикальном сечении отливки. Скопируйте картинки в отчет (рис.23). Прокомментируйте полученные результаты.

а б

Рис.23. Усадочные раковины в отливке:

а – без подогрева прибыли; б – с подогревом прибыли

2.12. Моделирование процессов образования усадочных напряжений

Откройте модуль «Начальные установки». Проведите разбиение предложенной отливки. Выберите литниковую точку. В строке выбора сплава отливки кликните мышью два раза. В открывшемся меню в строке «Класс» выберите пункт «Сплавы без диаграммы». В строке «Материал» выберите 35L. В демо-версии программы можно моделировать только этот сплав. Задайте начальную температуру расплава.

В строке выбора материала формы кликните мышью два раза. В открывшемся меню в строке «Класс» выберите пункт «Материалы формы». В строке «Материал» выберите необходимый материал формы. Задайте начальную температуру формы. Запишите данные для расчета в Sim-файл.

Откройте модуль «Затвердевание». Откройте свой Sim-файл. Запустите расчет, нажав кнопку «Песочные часы». Данные расчета используются для расчета напряжений. По окончании расчета войдите в модуль «Напряжения». Откройте ваш файл. Запустите расчет.

Откройте «Банк паспортов». Откройте ваш файл с результатами расчета. Проанализируйте картины возникших напряжений и смещений. Сохраните картины напряжений и смещений в отливке. Скопируйте картинки в отчет (рис. 24).

а б

Рис. 24. Картины смещений и напряжений при затвердевании расплава в керамической (а) и чугунной (б) форме

2.13. Расчет времени кристаллизации расплава

В данном разделе необходимо определить время затвердевания отливки. Время затвердевания отливки определяется в ходе компьютерного моделирования и путем расчетов по формулам. Знание времени затвердевания необходимо для расчета длины охладительной галереи, времени выбивки и пр.

Для расчета использовать закон квадратного корня:

x=k√τ

где х – толщина половины отливки,

τ – время затвердевания,

k – коэффициент затвердевания:

k=2b_ф(t_кр – t₀) / (L ρ_м.тв)

где t_кр – температура кристаллизации,

t₀ – начальная температура формы,

L – теплота кристаллизации металла,

ρ_м.тв – плотность твердого металла,

b_ф – коэффициент теплопоглощающей способности материала формы:

b_ф=√(λ_фρ_фс_ф)

где λ_ф – теплопроводность материала формы,

ρ_ф – плотность материала формы,

с_ф – теплоемкость материала формы

Инженерный метод расчета времени затвердевания отливки. Для приближенных расчетов по закону квадратного корня используют экспериментально определенные коэффициенты затвердевания k. Величина k для основных литейных сплавов представлена в табл.3.

Таблица 3. k – коэффициент затвердевания для основных сплавов

Литейный сплав	Материал формы	k, см/с 1/2
Сталь	Песчаная форма	0,1-0,16
Сталь	Чугун	0,3-0,35
Серый чугун	Песчаная форма	0,07-0,09
Серый чугун	Чугун	0,25-0,3
Сплавы алюминия	Чугун	0,38-0,42
Цинковые сплавы	Сталь	0,34-0,36
Медные сплавы	Песчаная форма	0,22
Медные сплавы	Чугун	0,48
Медные сплавы	Медная водоохлаждаемая форма	0,54
Сплавы титана	Керамика	0,2
Сплавы титана	Графит	027
Сплавы титана	Сталь	0,3
Сплавы титана	Медь	0,38

Расчет времени выбивки. Для расчета использовать формулу Баландина:

τ_выб=0,75(R/b_ф)²[c_м.жρ_м.ж(Т_зал–Т_л)/(Т_л–Т_ф)+Lρ_м.тв/(Т_с–Т_ф)+c_м.твρ_м.тв(Т_с-Т_выб)/(Т_выб–Т_ф)]²

где: R – приведенный размер отливки;

c_м.тв ;ρ_м.тв ;c_м.ж ;ρ_м.ж – теплоемкость и плотность твердого и жидкого металла;

Т_зал;Т_л;Т_с;Т_ф;Т_выб – температуры заливки, ликвидус, солидус, формы, выбивки.

Температуры выбивки отливок и другие данные для расчета представлены в табл.4-5.

Табл. 4. Теплофизические свойства материалов

Материал	ρ, кг/м3	с, Дж/(кг.К)	λ, Вт/ (м.К)	L, Дж/кг
Формовочные смеси
Кварцевая сухая	1650-1700	1000-1300	0,4-1,4	-
Кварцевая сырая	1700-1750	1400-1500	0,5-1,5	-
Магнезитовая	2400-2500	1500	4	-
Корундовая	2500-2700	1600	2	-
ЖСС	1600	1600	0,67	-
ХТС	1500	1290	0,65	-
Смеси, твердеющие в горячей оснастке	1450	1046	0,623	-
Металлы и сплавы (твердые вблизи температуры плавления) / (жидкие вблизи температуры кристаллизации)
Углеродистая сталь	7500-7700/ 7000-7100	700-800/ 800-900	30-40/ 18-20	230000
Серый чугун	7000-7200/ 6800-6900	650-750/ 750-850	40-50/ 20-22	250000
Медь	8500/8200	450/500	220/100	210000
Алюминий	2550/2400	900/1000	200/100	390000
Медные сплавы	8300-8400/ 7500-7900	400-500/ 450-550	100-200/ 50-100	220000
Сплавы алюминия	2500/2400	900-1000/ 1000-1100	100-150/ 50-75	480000
Сплавы магния	1600/1500	1200/1400	100/50	380000
Сплавы никеля	8600/7900	500/600	60/30	290000
Сплавы титана	4100/3900	700/800	13/7	350000

Табл.5. Температура выбивки железных сплавов

Отливка	Температура выбивки, °С
Неответственные отливки простой конфигурации	600-700
Небольшие отливки простой конфигурации	400-500
Ответственные крупные отливки высокой сложности	200-300