Оптимизация формы и материала изложницы для разливки меди
Проект выполнен командой «Нова‑Инжиниринг» по запросу предприятия (данные скрыты в рамках NDA) с целью повышения эффективности производства медных слитков. Перед специалистами стояла комплексная задача: увеличить массу слитка с 800–1100 кг до 1450 кг и одновременно повысить стойкость изложницы не менее чем на 20 % — это требовалось для наращивания объёмов выпуска и покрытия растущих потребностей российских предприятий в черновой меди.
При этом существовали жёсткие ограничения: нельзя было менять все линейные размеры изложницы (только длины), чтобы не затрагивать существующую производственную линию и оборудование. Кроме того, требовалось подобрать сплав, обеспечивающий повышенную долговечность, а также спроектировать оснастку и режимы литья так, чтобы минимизировать коробления и трещины при эксплуатации.
Для решения задачи использовали комплексный подход: 3D‑проектирование в SolidWorks и математическое моделирование напряжённо‑деформированного состояния изложниц в ESI ProCAST. Моделирование охватывало полный цикл изготовления слитка (заливка, водяной душ, выбивка, покраска) и проводилось в 10 циклах для реалистичной оценки накопления деформаций. В расчётах протестировали несколько марок сталей по ГОСТ 977‑88 и варианты конструкции — с оребрением и без. По результатам расчётов заказчику передали рекомендации по материалу, конфигурации и технологическим параметрам, включая термообработку литых заготовок.
ЗАДАЧА
- увеличить массу получаемого слитка черновой меди с 800–1100 кг до 1450 кг без модернизации производственной линии;
- повысить стойкость изложниц не менее чем на 20 % за счёт выбора оптимального материала и конструкции;
- спроектировать конфигурацию изложницы с учётом ограничения по изменению линейных размеров (допустимо менять только длины);
- минимизировать риски дефектов при изготовлении самой изложницы, а также короблений и трещин в процессе эксплуатации;
- провести сравнительный анализ марок сталей (25Л, 35Л, 35Х23Н7СЛ, 35Х18Н24С2Л) по долговечности и сопротивлению деформациям;
- оценить влияние оребрения на характер коробления и общую стойкость оснастки;
- подобрать технологические параметры литья и термообработки, обеспечивающие требуемые эксплуатационные характеристики изложниц;
- предоставить обоснованные рекомендации для внедрения в производство без необходимости капитальной модернизации оборудования.
РЕШЕНИЕ
- на базе чертежей‑аналогов заказчика спроектированы 3D‑модели изложниц двух типов — с оребрением и без — под слиток массой 1450 кг в SolidWorks;
- в ESI ProCAST создана расчётная модель слитка из меди М0 (по ГОСТ Р 54310‑2011) и изложниц из четырёх марок сталей по ГОСТ 977‑88: 25Л, 35Л, 35Х23Н7СЛ и 35Х18Н24С2Л;
- смоделирован полный технологический цикл производства слитка (заливка, водяной душ, выбивка, покраска) в 10 повторяющихся циклах для оценки накопления остаточных деформаций и усталостных повреждений;
- проведено 8 компьютерных расчётов с разными комбинациями материалов и конфигураций, выполнен сравнительный анализ напряжённо‑деформированного состояния и долговечности;
- проанализированы характер и зоны коробления для вариантов с оребрением и без него, определены критические участки, склонные к трещинообразованию;
- на основании результатов моделирования сформированы рекомендации по выбору марки стали, геометрии изложницы и режимам литья/термообработки;
- учтены производственные ограничения заказчика (только изменение длины, сохранение существующей линии), что позволило предложить реализуемые на действующем оборудовании решения.
РЕЗУЛЬТАТЫ
- спроектирована конфигурация изложницы под слиток массой 1450 кг, соответствующая ограничениям по габаритам и совместимая с существующей производственной линией;
- проведён сравнительный анализ четырёх марок сталей: определены оптимальные варианты по критерию стойкости и минимизации деформаций;
- подтверждено, что оребрение существенно снижает характер коробления и повышает эксплуатационную стойкость оснастки;
- получены расчётные данные по накоплению деформаций и риску трещинообразования в течение 10 циклов — это позволило прогнозировать ресурс изложниц и подобрать режимы термообработки;
- заказчику переданы рекомендации по материалу и конструкции изложниц, а также по технологическим параметрам литья и термообработки для достижения требуемых эксплуатационных характеристик;
- подтверждена возможность увеличения массы слитка и повышения стойкости изложниц на 20 % без капитальной модернизации производства;
- продемонстрирована эффективность комплексного цифрового инжиниринга (SolidWorks + ProCAST) для оптимизации литейной оснастки и повышения технико‑экономических показателей металлургического производства.
