Оптимизация технологии литья блока цилиндров для Группы ГАЗ
Проект реализован для предприятий «Группы ГАЗ» в рамках разработки инновационного двигателя для новой «ГАЗЕЛИ» (совместно с корейскими партнёрами) и стартовал в 2015 году. Ключевой задачей стало повышение стабильности и качества литья блока цилиндров из алюминиевого сплава — ответственной и технологически сложной детали.
На момент начала проекта производство отливки сопровождалось значительными потерями: для одной детали использовалось 11 кокилей с разными литниково‑питающими системами (ЛПС) и требованиями к техпроцессу. Каждая форма проходила до 5 циклов доработки, а запуск литейной оснастки занимал до 5 месяцев. Высокий процент брака и необходимость постоянной корректировки оснастки приводили к существенным финансовым потерям (миллионы рублей).
Для решения проблемы было принято решение о цифровом моделировании процесса литья в ПО ESI ProCAST. Целью стало не только выявление причин дефектов, но и комплексная оптимизация технологии: унификация ЛПС, корректировка геометрии отливки в рамках заданных ограничений, оптимизация газоотводящих каналов. Важным условием было гарантировать снижение брака минимум в 2 раза после внедрения изменений на площадке в Ульяновске. В итоге проект позволил перейти от эмпирического подхода («по наитию») к научно обоснованной технологии, а результаты работы были впоследствии представлены в музее «Группы ГАЗ».
ЗАДАЧА
- оптимизировать технологию литья блока цилиндров из алюминиевого сплава для снижения процента брака и унификации литниково‑питающей системы;
- выявить причины появления дефектов и места их образования в отливке при существующей технологии;
- сократить количество используемых кокилей и циклов доработки оснастки (на старте проекта — 11 кокилей, до 5 циклов доработки на форму);
- уменьшить сроки запуска литейной оснастки (на старте — до 5 месяцев) и снизить финансовые потери от брака (миллионы рублей);
- оптимизировать расположение газоотводящих каналов в форме и скорректировать отдельные геометрические размеры и конфигурацию отливки — строго в рамках ограничений, заданных Заказчиком;
- обеспечить воспроизводимость результатов и стабильность качества при серийном производстве;
- гарантировать улучшение качества литья и снижение потерь на браке минимум в 2 раза в течение первых 6 месяцев после внедрения технологии на площадке в Ульяновске;
- перейти от эмпирического подхода к научно обоснованной технологии, опирающейся на результаты цифрового моделирования.
РЕШЕНИЕ
- выполнено моделирование существующей технологии литья в ПО ESI ProCAST для выявления причин и локализации дефектов в отливке;
- проведена оптимизация литниково‑питающей системы с целью обеспечения стабильного заполнения формы и минимизации усадочных дефектов;
- скорректировано расположение газоотводящих каналов в форме для эффективного удаления газов и снижения риска газовых раковин;
- внесены изменения в отдельные геометрические размеры и конфигурацию отливки — в строгом соответствии с ограничениями, заданными Заказчиком;
- на основе результатов моделирования сформированы рекомендации по корректировке технологии и оснастки;
- инженеры компании взяли на себя ответственность за внесение реальных изменений в технологию на производстве;
- обеспечено сопровождение внедрения оптимизированной технологии на площадке в Ульяновске, включая контроль первых серийных партий;
- проведена верификация результатов: сравнение расчётных прогнозов с фактическими дефектами и качеством отливок.
РЕЗУЛЬТАТЫ
- выявлены причины и места образования дефектов в отливке на этапе моделирования, что позволило целенаправленно скорректировать технологию;
- оптимизирована литниково‑питающая система и расположение газоотводящих каналов — это снизило риски усадочных и газовых дефектов;
- скорректированы отдельные геометрические параметры отливки в рамках заданных ограничений, что повысило технологичность детали без потери функциональных характеристик;
- обеспечено снижение потерь на браке минимум в 2 раза в течение первых 6 месяцев использования технологии на площадке в Ульяновске;
- сокращено количество используемых кокилей и циклов доработки оснастки, что уменьшило сроки запуска и себестоимость производства;
- достигнут переход от эмпирического подхода к научно обоснованной технологии, опирающейся на результаты цифрового моделирования;
- подтверждена эффективность комплексного внедрения технологий: стабильность качества, воспроизводимость результатов, снижение финансовых потерь;
- результаты работы получили признание Заказчика — оптимизированная технология была использована при производстве двигателя для «ГАЗЕЛИ», а сам автомобиль с этим двигателем впоследствии был представлен в музее «Группы ГАЗ».
