Разработка моделирования литья под давлением конструктивных деталей ударной башни (иностранная технология литья под давлением)

Процесс моделирования литья стал неотъемлемой частью быстро развивающегося процесса разработки. В этом случае основное внимание при разработке уделяется оптимизации компонентов и совершенствованию процессов. Современные технологии моделирования позволяют создавать надежные и отслеживаемые конструкции. Первый процесс моделирования обычно следует начинать на этапе исследования. Хотя компания не получала никаких заказов, компаниям следует провести дополнительные исследования рассматриваемых компонентов. Сметы следует составлять максимально реалистично и практично, чтобы избежать сюрпризов в начале производства и, таким образом, избежать ненужного увеличения затрат. Таким образом, при составлении сметы, хотя и невозможно определить, в какой компании заказчик в конечном итоге разместит заказ, а у компании более высокие требования, меньше времени и вообще нет предоплаты, можно сделать реалистичный и осуществимый вывод.

Моделирование на этапе разработки

Моделирование должно стоить как можно меньше, и в то же время результаты должны быть представлены как можно быстрее и должны максимально точно отражать реальность. Несмотря на нехватку времени, полученные результаты по заполнению формы, режиму течения, скорости потока, воздушным включениям, пористости, температуре формы и т. д. должны быть максимально точными и убедительными. Моделирование должно поддерживать и улучшать выводы об инструментах или производственных затратах, чтобы сделать котировки максимально точными.

В качестве примера для иллюстрации взята литая под давлением конструкция ударной башни из алюминиевого сплава AlSi10MgMn. Он весит 5,9 кг и имеет толщину стенок 2,5 мм. Сборка выполнена методом вакуумной литья под давлением и обработана на станке с ЧПУ в области монтажных отверстий. Кроме того, его подвергают термической обработке для повышения прочности и пластичности. Размеры сборки составляют приблизительно 530 x 520 x 440 мм.

В области кузовных работ литые под давлением алюминиевые конструкционные детали всегда конкурировали с высокопрочной листовой сталью. По сравнению со сталью алюминиевые конструкционные детали обладают такими преимуществами, как высокая функциональная интеграция, исключительная точность размеров и особые возможности поглощения энергии, что делает алюминиевые компоненты по-прежнему очень привлекательными с точки зрения стоимости и темпов роста.

В соответствии с упомянутыми выше требованиями для системы моделирования необходимы интуитивно понятный и простой в эксплуатации интерфейс и быстрый ввод заданных параметров. «Удобство использования» системы является важнейшим элементом для простой и быстрой обработки, поскольку пользователи не могут работать с системой моделирования каждый день. С этой целью в систему Inspire Cast 2019 были встроены соответствующие функции, позволяющие максимально снизить расходы.

Прежде чем начать, необходимо ответить на некоторые основные вопросы (рисунок 1):

> Где следует разместить шрифт (красный)?

> Где требуется порт переполнения (зеленый)?

> Вам нужен сердечник (синий)?

> Нужна булавка (оранжевая)?

> Где можно разместить охлаждающий блок?

> Где требуется отопление?

После выяснения этих вопросов мы рассмотрим концепцию ворот во втором примере (снаружи (рис. 2, слева) и по центру (рис. 2, справа)). Оба требуют разных концепций инструментов, каждая из которых требует разных затрат, поэтому их можно сравнивать. Обе концепции можно встретить в промышленности, и обе имеют множество преимуществ и недостатков в зависимости от требований, количества и т. д.

Для процесса моделирования набор данных САПР будет импортирован в систему моделирования Inspire Cast. Для этой цели в качестве интерфейсов используются собственные трансляторы Catia, NX, ProEngineer, Inventory и Solid Works, а также системно-нейтральные трансляторы STEP и Parasolid. Система совместима с Parasolid-Kernel, который в настоящее время широко используется в промышленности. В системе Inspire Cast расположение ворот можно точно установить всего за несколько щелчков мыши после импорта отливки в САПР. Эти элементы спроектированы таким образом, что соответствующие геометрические элементы можно легко спроецировать и выровнять с определенными площадями поперечного сечения всего за несколько минут. Таким образом, нет необходимости в дорогостоящем проектировании САПР системы ворот во внешней САПР.

Поскольку трехмерные данные часто проходят через несколько интерфейсов, прежде чем попасть в вычислительный отдел, внутренний механизм корректировки гарантирует, что ошибочные данные о площади или данные о невнутреннем объеме будут исправлены при необходимости. Стоимость подготовки модели и ночных расчетов незначительна. Чистые данные САПР в указанном формате от заказчика или отдела разработки являются необходимым условием для бесперебойного импорта и быстрых расчетов. Сетевое взаимодействие в системе lnspireCast по методу FEM позволяет очень точно воспроизвести контур отливки. Кроме того, сетка FEM автоматически измельчается в более тонких стенках (например, внутри секций), что позволяет повысить точность.

Соотношение времени, затраченного на процесс моделирования двух систем ворот (неструктурированных):

Этап экспорта/импорта САПР/прасолид: 10 минут

Настройка параметров: 20 минут

Расчет заполнения/средняя нагрузка: 4 часа

Расчет затвердевания / средняя нагрузка: 1 час

Общее время (на процесс моделирования): ~5,5 часов

Оценка результата: 4 часа

Общее время, необходимое для того, чтобы сделать выводы: 9 часов

Результаты заполнения формы Раздел 1, Сторона

Типичную турбулентность процесса литья под давлением можно увидеть в области затвора в начале заполнения формы. Воздух собирается по бокам секции, поэтому это место необходимо проветрить позже. По сравнению с системой ворот на другом конце модуля впоследствии требуется большая площадь вентиляции (рис. 3). Как видно из дальнейшего процесса, большую часть запланированной конструкции бокового выпускного отверстия можно опустить.

Результаты затвердевания Раздел 1, Сторона

Расчеты затвердевания показывают пористость спирального купола, который необходимо обработать сердечником или, при необходимости, экструзионным штифтом. Поскольку участок был предварительно затвердевшим, оптимизацию на этапе 3 провести невозможно (рис. 4).

Результаты заполнения/затвердевания форм, раздел 2, центр

Результаты показаны на рисунке 5. Заполнение формы через центральный затвор равномерное. Как видно из рисунка, вокруг узла необходимо спроектировать несколько мест вентиляционных отверстий (рис. 6). Затвердевание практически идентично системе боковых затворов. Быстрое затвердевание секции не позволяет нам оказывать какое-либо влияние на пористость центральной литниковой системы.

Сравнение вентиляции между боковыми воротами 1 и центральными воротами 2

Сравнение воздушных включений, вызванных турбулентностью, показывает, что ожидаемая концентрация происходит в боковой литниковой системе по сравнению с поперечным сечением. Затем там следует установить вакуумную систему (рисунок 7).

Сравнение результатов

В таблице 1 приведено сравнение двух разделов. В этом случае, согласно текущей тенденции развития, лучшим выбором является система боковых ворот. Как упоминалось выше, оба варианта можно найти на практике, где конструкции различаются в зависимости от геометрии компонентов или факторов стоимости, таких как объем или производительность машины.

Подготовка производства

На этапе разработки процесс моделирования может быть прекращен в связи с принятием окончательного решения. Следующий шаг после размещения заказа заказчиком — подготовка производства. Для этого сначала проверьте характеристики потока боковой литниковой системы. В этом случае мы будем использовать простую оболочку и сравнивать различные геометрии поперечного сечения (рисунок 8). Здесь рассматриваются два тангенциальных участка с разными углами входа и два секторных участка с разными поперечными сечениями входа. Тангенциальное сечение, похоже, вообще не подходит для нашей оболочки. Сразу за впускным отверстием создается область отрицательного давления поршня, при этом в узел поступает турбулентность и повышенное количество воздуха. Турбулентный поток все еще можно увидеть в диапазоне бокового расширения (вариант 3) даже в секторе одностороннего впускного отверстия (например, на эжекторной стороне матрицы). Наилучшая деформированная конструкция использует круглое входное отверстие на конце вентиляционного затвора, где турбулентность больше не наблюдается во время моделирования (сценарий 4) (рисунок 9). Моделирование демонстрирует преимущество секторного сечения, т.е. значительно снижается поступление воздуха в отливку под давлением.

Воздушные включения, вызванные турбулентностью, безусловно, не являются единственным показателем успешного заполнения формы. Однако в относительно недорогом процессе моделирования каждый критерий можно изучить более точно и оптимизировать, чтобы постепенно уменьшить источники ошибок. Сегодня наши серийные модели будут оснащены реалистичными системами литников и функциональными выхлопными системами (рисунок 10). Кроме того, при моделировании в производственных условиях следует также учитывать такие факторы, как геометрия формы или детали, а также контуры нагрева/охлаждения. Мы соответствующим образом корректируем модель и определяем ее в системе Inspire Cast.

Результаты заполнения форм Производственная модель

В первую очередь мы рассматриваем заполнение формы (рис. 11) как результат расчета. Заполнение штампа осуществляется в поперечном направлении несколькими секторными секциями. Как и ожидалось, воздух, присутствующий в системе, будет собираться в зоне выхлопных газов (рис. 12).

Затвердевание производственных моделей

Неблагоприятная пористость в области монтажного отверстия является неизбежной ситуацией, что было подтверждено в ходе разработки и в ходе предыдущего моделирования. Система поперечного сечения затвердела через 1,0 секунды, поэтому дальнейшее заполнение критической области оказалось невозможным (рисунок 13). Следовательно, внутри купола только сердцевина или экструдер могут достичь желаемого эффекта.

Влияние охлаждающего устройства во время моделирования

В ходе моделирования была смоделирована вся холодильная установка. Влияние охлаждающих устройств следует изучать на региональной основе. Если на пористость необходимо влиять путем целенаправленного охлаждения, следует изменить и рассчитать охлаждение в области монтажных отверстий. Температуру рассчитывали через 5 секунд после окончания заполнения формы. При расчете температуры расстояние между одним моментом времени и контуром составляет 25 мм, а расстояние между одним моментом времени — 10 мм. Рассчитанная разница температур составляет всего 2°C. Другие эффекты, такие как время распыления или цикла, исключаются в первую очередь. Из этого видно, что эффект, вызванный быстрым затвердеванием боковой оболочки литья под давлением, здесь, как ожидается, будет небольшим. Для этого рассмотрите возможность использования сжимающих штифтов.

В заключение

Убедительные результаты моделирования заполнения и затвердевания форм можно рассчитать за небольшую часть затрат на ранних этапах процесса разработки отливки. Результаты доступны через несколько часов с незначительными затратами на ввод данных и вычислительные усилия. Данные САПР являются необходимым условием для этой работы. Формулирование котировок или оценок в отношении ожидаемой производственной деятельности может быть решительно поддержано и отражено более точно. Inspire Cast уже некоторое время является простым в использовании и очень убедительным инструментом.

Для производства требуется более глубокое моделирование, необходимо скорректировать типичные методы литья (такие как литейные желоба, поперечное сечение и конструкция перелива и т. д.), а также оптимизировать тепловые условия в инструменте, чтобы гарантировать, что процесс моделирования не вызовет никаких проблем, и дополнительно оптимизировать. Предопределенные функции уже доступны в системе Inspire Cast. Отзывы промышленных компаний показывают высокую степень соответствия результатов моделирования реальным компонентам. На этой основе в ближайшее время будет запущена термомеханическая муфта Inspire Cast, поэтому будут учтены и более практические ситуации.