Проект реализован компанией «Нова‑Инжиниринг» в партнёрстве с SIU System (Москва) — поставщиком оборудования для аддитивных и литейных технологий. SIU System выступала генеральным подрядчиком, но не располагала собственными компетенциями и ПО для моделирования литейных процессов, поэтому к проекту привлекли «Нова‑Инжиниринг» как внешних экспертов в области литейного инжиниринга и цифрового моделирования.

Перед командой стояла задача разработать технологию литья авиационных лопаток двигателя (габариты: 40×30×(3–4) мм) на базе существующего оборудования заказчика (в том числе установки УВНК‑9А для литья с направленной кристаллизацией). Ключевыми требованиями были: максимальное уплотнение куста (не менее 12 лопаток на форме) для роста производительности и ТВГ по сравнению с традиционной схемой (1 лопатка на форму), а также обеспечение монокристаллической структуры отливки (допустимо 2–3 зерна).

Работа велась на основе реальных данных: заказчик предоставил 3D‑модель лопатки, детальное описание оборудования, режимов работы, текущего техпроцесса и фотоматериалы из цеха. Все расчёты выполнялись в ESI ProCAST с учётом фактических характеристик материалов и оборудования. По итогам проекта заказчику передали развёрнутый отчёт с обоснованием технологии и визуализацией отсутствия дефектов. Срок реализации — 3 недели.

Прочитать всё

ЗАДАЧА

  • спроектировать 3D‑форму для литья лопаток с максимальной плотностью размещения отливок на кусте — не менее 12 лопаток, чтобы повысить ТВГ и производительность относительно традиционной технологии (1 лопатка на форму);
  • обеспечить формирование монокристаллической структуры отливки (допускается 2–3 зерна) при литье на установке УВНК‑9А;
  • разработать с нуля варианты технологии заливки и литниково‑питающей системы (ЛПС) под существующее оборудование и материалы;
  • отработать технологию в ESI ProCAST на базе реальных характеристик оборудования, материалов и режимов;
  • подтвердить бездефектность технологии: исключить усадочные, термические и структурные дефекты, характерные для тонкостенных отливок;
  • подготовить для заказчика развёрнутый отчёт с обоснованием выбранной технологии, результатами моделирования и иллюстрациями отсутствия дефектов;
  • уложиться в сжатые сроки — 3 недели на полный цикл разработки и верификации.

РЕШЕНИЕ

  • на основе предоставленной 3D‑модели лопатки (40×30×(3–4) мм) и исходных данных заказчика (оборудование, режимы, фото из цеха) создана расчётная модель в ESI ProCAST;
  • спроектировано несколько вариантов литниково‑питающей системы (ЛПС) и компоновки куста с целью размещения не менее 12 лопаток на форме;
  • для каждого варианта выполнены расчёты в ESI ProCAST с учётом реальных свойств материалов, тепловых режимов и параметров оборудования (включая установку УВНК‑9А);
  • проведена серия виртуальных экспериментов по кристаллизации для обеспечения монокристаллической структуры (или структуры с 2–3 зёрнами) и исключения дефектов роста;
  • проанализированы поля температур, скоростей охлаждения, градиентов и напряжений для выявления потенциальных зон дефектов (усадка, трещины, разнозернистость);
  • по результатам расчётов выбран оптимальный вариант компоновки куста, геометрии ЛПС и режимов заливки, обеспечивающий требуемую структуру и отсутствие дефектов;
  • подготовлены визуализации и отчёты для заказчика: карты дефектов, траектории роста кристаллов, температурные поля, обоснование технологии и рекомендации по настройке оборудования.

РЕЗУЛЬТАТЫ

  • разработана геометрия формы и компоновка куста, позволяющая размещать не менее 12 лопаток на одной форме — это обеспечивает существенное повышение ТВГ и производительности по сравнению с традиционной схемой (1 лопатка на форму);
  • определены режимы литья и параметры ЛПС, обеспечивающие формирование монокристаллической структуры отливки (либо структуры с 2–3 зёрнами) на установке УВНК‑9А;
  • технология отработана в ESI ProCAST на базе реальных характеристик оборудования и материалов, подтверждена бездефектность отливок по ключевым критериям (усадка, трещины, разнозернистость);
  • заказчику передан развёрнутый отчёт с обоснованием выбранной технологии, результатами моделирования и иллюстрациями отсутствия дефектов;
  • проект выполнен в сжатые сроки — за 3 недели, что подтверждает эффективность применения цифрового моделирования для быстрой отработки литейных технологий;
  • технология готова к внедрению на существующем оборудовании без необходимости модернизации или закупки нового оснащения;
  • подтверждена возможность масштабирования подхода для других тонкостенных авиационных отливок с жёсткими требованиями к структуре и качеству.

Отрасль

Авиакосмическая промышленность

Заказчик

АО «ОДК»

Используемое ПО