Проектирование корпусов фонарей для Кремля и памятника «Ласточкино гнездо»
Проект выполнен для компании ООО ПО «ЮГОР» в программном комплексе ESI ProCAST. Цель — отработать технологию литья корпусов фонарей (нескольких модификаций) из алюминиевого сплава АК12М2 и спрогнозировать возможные производственные дефекты. Изделия предназначались для установки в знаковых местах России — в том числе на территории нового сквера на месте 14‑го корпуса Московского Кремля и на площади перед памятником «Ласточкино гнездо» в Крыму.
Ключевое требование к продукции — безупречный внешний вид: любые дефекты (недоливы, неспаи, усадочные раковины, газовая пористость) были недопустимы. При этом заказчик стремился минимизировать затраты и избежать дорогостоящих экспериментов с металлическими пресс‑формами из стали 4Х5МФС.
С помощью моделирования в ProCAST инженеры «Нова‑Инжиниринг» провели совместный расчёт гидродинамики и тепловой задачи, оценили эвакуацию воздуха из формы, проанализировали кристаллизацию сплава и выявили критические зоны формирования дефектов. В результате удалось скорректировать технологию литья до изготовления оснастки, обеспечив высокое качество отливок и экономию ресурсов.
ЗАДАЧА
- отработать технологию литья корпусов фонарей из алюминиевого сплава АК12М2 методом литья под высоким давлением для нескольких модификаций изделий;
- обеспечить отсутствие дефектов внешнего вида: недоливов, неспаев, усадочных раковин, распределённой пористости и газовых дефектов;
- спрогнозировать возможные производственные дефекты без проведения натурных экспериментов и переработки дорогостоящих пресс‑форм из стали 4Х5МФС;
- рассчитать теплофизические свойства материалов (сплава и пресс‑формы) на основе их химического состава;
- проанализировать характер заполнения формы расплавом, эвакуацию воздуха и формирование газовой пористости;
- оценить процесс кристаллизации сплава, выявить зоны преждевременного перемерзания питателей и нарушения подпитки отливки;
- предложить корректировки технологии литья для исключения выявленных дефектов и обеспечения стабильного качества продукции;
- минимизировать затраты на освоение нового типового изделия за счёт цифрового моделирования вместо физических испытаний.
РЕШЕНИЕ
- в ПО ESI ProCAST рассчитаны теплофизические свойства алюминиевого сплава АК12М2 и стали 4Х5МФС на основе их химического состава;
- выполнен совместный расчёт гидродинамики и тепловой задачи для оценки характера заполнения формы и прогнозирования усадочных дефектов;
- проведён анализ эвакуации воздуха из формы для прогнозирования зон газовой пористости;
- смоделирован процесс кристаллизации сплава: определено количество твёрдой фазы в сплаве и выявлены критические моменты (в частности, перемерзание малых питателей уже на 4‑й секунде при общем времени кристаллизации 14 секунд);
- выявлены проблемные зоны: образование волны из встречных потоков в конце заливки (риск скопления газовой пористости), формирование крупной усадочной раковины в верхней части отливки, распределённая пористость в основании и рёбрах;
- на основе результатов моделирования предложены корректировки технологии литья для устранения выявленных дефектов;
- обеспечена возможность отработки технологии нового типового изделия без дорогостоящих экспериментов и переработки пресс‑форм.
РЕЗУЛЬТАТЫ
- технология литья корпусов фонарей отработана в цифровом виде до изготовления оснастки, что позволило избежать дорогостоящих ошибок;
- выявлены и спрогнозированы ключевые дефекты: газовая пористость в зоне встречных потоков, усадочная раковина в верхней части отливки, пористость в основании и рёбрах, нарушение подпитки из‑за раннего перемерзания питателей;
- подтверждена необходимость корректировки технологии литья для обеспечения безупречного внешнего вида изделий;
- обеспечена экономия ресурсов за счёт исключения натурных экспериментов и переработки пресс‑форм;
- разработаны рекомендации по оптимизации процесса литья, позволяющие гарантировать отсутствие дефектов в серийном производстве;
- фонари, произведённые по отработанной технологии, установлены в знаковых местах — в том числе в сквере на месте 14‑го корпуса Кремля и на площади перед «Ласточкиным гнездом»;
- подтверждена эффективность комплексного подхода: сочетание точного моделирования теплофизических свойств, гидродинамики, кристаллизации и анализа дефектов для решения задач художественного и архитектурного литья.
