Устранение коробления и оптимизация технологии отливки «Рештак»

В данной работе была оптимизирована технология производства отливки «Рештак». Будущее изделие является аналогом детали экскаватора HARNISHFEGER РН-2300 и производится в рамках программы импортозамещения, как замена зарубежным комплектующим.

При литье в изделии часто наблюдались коробление в процессе кристаллизации и усадочная пористость в теле отливки.

Для выявления причин появления дефектов в программном пакете ESI ProCAST было выполнено высокоточное математическое моделирование гидродинамических процессов заполнения литейной формы, тепловой расчет процесса кристаллизации отливки, расчет усадочных дефектов, а также расчет напряженно-деформируемого состояния в процессе литья.

В качестве исходных параметров для моделирования использовались следующие данные:

• Материал отливки – сталь 25Х2НМЛ.
• Материал формы – ХТС.
• Начальная температура формы – 20 °С.
• Начальная температура металла – 1575 °С.
• Время заполнения формы – 22 сек.
• Экзотермические вставки на прибылях.

На рисунках Вы можете видеть геометрическую форму отливки с ЛПС, а также иллюстрации о ходе моделирования одного из исходных вариантов.

Модель состоит из 8969850 элементов. На рисунках представлены результаты гидродинамического заполнения формы.

Результаты моделирования позволили увидеть, что на финальной стадии заполнения металл начинает переохлаждаться и заполнение формы происходит с затруднениями.

Для каждой стали необходимо было экспериментально подбирать соотношение доли твердой фазы и жидкотекучести. Так как в данном случае существует риск непролива крайних прибылей и питателей. Мы проанализировали движение фронта кристаллизации в отливки, время заполнения по зонам и тепловые узлы.

По результатам математического были получены сл. данные: при измерении линейных размеров отливки суммарная линейная усадка отливки составила 1,52%. Коробление отливки в данном случае вызвано термическими напряжениями в процессе кристаллизации в следствии неравномерного охлаждения. Для снижения коробления отливки были предложены технологические решения по направленной кристаллизации.

Локальные участки пористости в отливке величиной 20 – 30% образовывались в замкнутых зонах жидкого металла — данные очаги пористости имеют небольшой объем. Также исследование показали высокую вероятность непролива данной отливки, данный результат связан с конфигурацией отливки, так как она состоит из большого количества тонкостенных элементов. Данные технологические ошибки были устранены путем моделирования. Было предложено более 5 различных вариантов изменения технологии, в результате чего пористость была снижена на 50%, полностью устранены недоливы.