Устранение пористости и усадки: оптимизация технологии производства колесных дисков
Проект выполнен специалистами «Нова‑Инжиниринг» для одного из крупнейших российских производителей литых алюминиевых колёсных дисков. Основная проблема производства заключалась в высокой доле дефектов (пористость, усадка), существенно снижающих эксплуатационные характеристики дисков — в частности, их стойкость к ударным и циклическим нагрузкам на плохих дорогах.
Дефекты во многом были обусловлены нестабильностью теплового режима кокиля: на производстве температура формы определялась «на глаз» через тестовые заливки, без точного контроля, а прочие отклонения (в химсоставе сплава, параметрах литья) дополнительно усугубляли ситуацию. В результате прогнозировать кристаллизацию и заполнение было практически невозможно.
Задача состояла в том, чтобы с помощью цифрового моделирования в ESI ProCAST достоверно воспроизвести реальный процесс литья в кокиль под давлением, верифицировать граничные условия (прежде всего — температуру формы), выявить причины дефектов и предложить оптимизированные параметры процесса, позволяющие исключить пористость и усадку без изменения оснастки.
ЗАДАЧА
- проанализировать процесс заполнения и кристаллизации отливки при литье в кокиль под давлением;
- верифицировать цифровую модель в ProCAST, задав корректные граничные условия по тепловому режиму формы;
- установить реальные значения температуры кокиля в цеховых условиях и привести модель в соответствие с ними;
- спрогнозировать образование дефектов (пористость, усадочные явления) при текущих и альтернативных параметрах литья;
- определить оптимальные температурные и технологические режимы, обеспечивающие отсутствие критических дефектов;
- предложить решения, реализуемые в рамках существующей оснастки и оборудования;
- минимизировать необходимость натурных экспериментов и сократить сроки отработки технологии.
РЕШЕНИЕ
- построена сеточная модель формы и отливки в ProCAST с учётом геометрии диска и литниково‑питающей системы;
- проведены замеры реальной температуры кокиля непосредственно в цехе на разных этапах работы (в т. ч. после тестовых заливок) — эти данные использованы для точной настройки граничных условий модели;
- выполнена верификация цифровой модели: расчёт заливок и термоциклирования формы приведён в соответствие с фактическими производственными условиями;
- проведено моделирование процесса заполнения и кристаллизации при различных температурных режимах и параметрах литья;
- выполнен анализ зон тепловых узлов, градиентов температур и динамики затвердевания для выявления потенциальных очагов пористости и усадочных дефектов;
- определены оптимальные диапазоны температур формы и сплава, а также последовательность прогрева, обеспечивающие равномерную кристаллизацию без локальных перегревов/переохлаждений;
- предложены конкретные корректировки техпроцесса (режимы прогрева, порядок заливки, контроль температуры между циклами), реализуемые без изменения оснастки;
- сформированы рекомендации для технологов по контролю теплового состояния формы и предотвращению отклонений, связанных с человеческим фактором.
РЕЗУЛЬТАТЫ
- успешно верифицирована цифровая модель процесса литья в кокиль: граничные условия по температуре формы приведены в соответствие с реальными цеховыми данными;
- достоверно спрогнозированы зоны образования пористости и усадочных дефектов, а также их зависимость от теплового режима формы;
- определены оптимальные параметры литья (температурные режимы формы и сплава, последовательность прогрева), позволяющие исключить критические дефекты;
- предложена методика контроля теплового состояния кокиля, снижающая влияние человеческого фактора и стабилизирующая качество отливок;
- минимизирована потребность в натурных экспериментах: основные улучшения отработаны виртуально;
- получены расчётные обоснования для корректировки техпроцесса, которые могут быть внедрены без изменения оснастки и капитальных вложений;
- подтверждена эффективность ProCAST как инструмента для поиска причин дефектов и быстрой оптимизации литейных технологий на действующем производстве.
