Проект связан с выполнением крупного и ответственного государственного заказа на изготовление сложнейшего изделия для аэрокосмической отрасли. Отливка отличается значительными габаритами (общий диаметр — 3,5 м) и массой (масса отливки — 4650 кг, масса жидкого металла — 6300 кг; масса формы — 28 тонн). К качеству детали предъявлялись жёсткие требования, поэтому выполнение заказа без применения современных инструментов моделирования было невозможно.

Технология литья была разработана и реализована под руководством технического директора НПЦ «ЛИНВАР». Задача «Нова‑Инжиниринг» состояла в компьютерном анализе выбранного технологического процесса и его вариаций с целью подтвердить возможность получения бездефектной отливки. Моделирование в ESI ProCAST позволило заранее выявить потенциальные дефекты, скорректировать параметры литья и гарантировать качество изделия. Большая часть цифровых моделей защищена и остаётся закрытой; ниже представлены разрешённые к публикации материалы.

Прочитать всё

ЗАДАЧА

  • выполнить компьютерный анализ выбранной технологии литья и её альтернативных вариантов для крупногабаритной отливки;
  • подтвердить возможность получения отливки без дефектов (усадочных раковин, пористости, несплошностей и др.) при заданных габаритах и массе;
  • проанализировать гидродинамику заполнения формы жидким металлом — исключить риски образования турбулентных потоков, захвата воздуха и шлаковых включений;
  • оценить тепловые процессы и кристаллизацию отливки, чтобы обеспечить направленное затвердевание и минимизировать усадочные дефекты;
  • проверить эффективность литниково‑питающей системы и при необходимости предложить корректировки для гарантированного питания всех зон отливки;
  • учесть особенности крупногабаритного литья: неравномерность охлаждения, термические напряжения, риск коробления и трещин;
  • на основании результатов моделирования сформировать рекомендации по параметрам заливки (температура, скорость, последовательность), конфигурации оснастки и режимам охлаждения;
  • обеспечить соответствие технологии жёстким требованиям к качеству изделия для аэрокосмической отрасли;
  • верифицировать расчётные рекомендации путём сопоставления с фактическими результатами производства.

РЕШЕНИЕ

  • выполнен комплекс расчётов в программном комплексе ESI ProCAST, охватывающий гидродинамические и тепловые процессы, а также прогноз усадочных дефектов;
  • смоделировано заполнение формы жидким металлом с учётом больших габаритов отливки и высокой массы расплава — проанализированы траектории потоков, зоны турбулентности и риски захвата газов;
  • проведён тепловой расчёт кристаллизации для оценки направленности затвердевания и эффективности питания отливки прибылями;
  • проверена работоспособность литниково‑питающей системы: рассчитаны объёмы прибылей, время их действия и способность компенсировать усадку в критических зонах;
  • учтены особенности крупногабаритного литья — термические градиенты, напряжения, вероятность коробления; предложены корректировки оснастки и режимов охлаждения для снижения рисков дефектов;
  • рассмотрены несколько вариаций технологического процесса (различные температуры заливки, скорости подачи металла, схемы подвода и расположения прибылей);
  • на основе сравнительного анализа вариантов сформированы окончательные рекомендации по технологии литья;
  • результаты моделирования согласованы с техническим директором НПЦ «ЛИНВАР» и интегрированы в производственный процесс;
  • обеспечена верификация расчётных прогнозов: фактическое качество отливки сопоставлено с результатами моделирования, подтверждены отсутствие критических дефектов и соответствие требованиям.

РЕЗУЛЬТАТЫ

  • технология литья верифицирована с помощью компьютерного моделирования — это позволило исключить риски критических дефектов ещё до начала производства;
  • отливка для аэрокосмической отрасли изготовлена бездефектно, что подтверждено контролем качества и приёмкой по государственному заказу;
  • подтверждена эффективность подхода «сначала моделирование — потом производство» для сложных и ответственных изделий;
  • отработаны методики расчёта крупногабаритного литья с учётом специфики гидродинамики, тепловых процессов и напряжённо‑деформированного состояния;
  • большая часть цифровых моделей остаётся закрытой в соответствии с требованиями заказчика; опубликованы только разрешённые материалы;
  • проект продемонстрировал возможность применения CAE‑технологий для государственных заказов с высокими требованиями к надёжности и качеству продукции;
  • полученный опыт может быть масштабирован на другие крупногабаритные отливки для авиационно‑космической и тяжёлой промышленности.

Отрасль

Авиакосмическая промышленность, Машиностроение, турбомашиностроение

Заказчик

NDA

Используемое ПО