В данной работе представлены результаты расчетов отливки Рештак, с целью выявления таких дефектов как коробление в процессе кристаллизации и усадочная пористость в теле отливки. Для выявления данного дефекта в программном пакете ProCAST выполнено математическое моделирование гидродинамических процессов заполнения литейной формы, тепловой расчет процесса кристаллизации отливки, расчет усадочных дефектов, а также расчет напряженно-деформируемого состояния в процессе литья.
Геометрическая модель отливки выполнена согласно предоставленным моделям (СБОРКА боковины рештака ПФ-4) в формате. x_t и .STEP.
В качестве исходных параметров для моделирования использовались следующие данные:
- 1. Материал отливки – сталь 25Х2НМЛ.
- 2. Материал формы – ХТС.
- 3. Начальная температура формы – 20 °С.
- 4. Начальная температура металла – 1575 °С.
- 5. Время заполнения формы – 22 сек.
- 6. Экзотермические вставки на прибылях.
На рисунке 1 представлена исходная геометрическая модель отливки с литниково-питающей системой. На рисунке 2 показана расчетная конечно-элементная сетка математической модели. Модель состоит из 8969850 элементов. На рисунках 3-8 представлены результаты гидродинамического заполнения формы. Данные результаты позволяют сделать вывод о том, что на финальной стадии заполнения металл начинает переохлаждаться и заполнение формы происходит с затруднениями (рисунок 9). Данный рисунок демонстрирует зоны в зависимости от температуры заполнения (зеленая зона – полностью жидкий металл; желтая зона – металл до значения 70% твердой фазы; светло-красная зона - металл с долей твердой фазы 70-90%; красная зона – зона в которой металл может затвердеть) стоит отметить, что для каждой стали необходимо экспериментально подбирать соотношение доли твердой фазы и жидкотекучести. В данном случае существует риск непролива крайних прибылей и питателей.
По результатам математического моделирования при измерении линейных размеров отливки суммарная линейная усадка отливки составила 1,52%. Коробление отливки в данном случае вызвано термическими напряжениями в процессе кристаллизации в следствии неравномерного охлаждения. Для снижения коробления отливки необходимо создать в форме направленную кристаллизацию.
Локальные участки пористости в отливке величиной 20 – 30% образуются в замкнутых зонах жидкого металла данные очаги пористости имеют небольшой объем. Также исследование показали высокую вероятность непролива данной отливки, данный результат связан с конфигурацией отливки, так как она состоит из большого количества тонкостенных элементов.