В вакуумном литье необходимо точно учитывать эффекты отражения и поглощения энергии телами. Модуль 'Трассировка' может решать сложные задачи теплообмена посредством радиации, учитывая переизлучение и затенение.
PoligonSoft может симулировать все процессы, связанные с вакуумным литьем, и получать результаты, позволяющие предсказать и предотвратить появление дефектов.
Макро и микропористость
Остаточные напряжения
Деформации и коробление
Горячие и холодные трещины
Направленная кристаллизация
Радрадиационный теплообмен
.svg)
Экономия на материалах и рабочей силе, а также сокращение времени разработки продукта.
.svg)
Предотвращение и исправление дефектов литья, таких как пористость, непроливы, трещины, деформации...
Исследуйте различные параметры процесса литья, и найдите наиболее эффективную конфигурацию.
Никелевый сплав - ЧС70
Оборудование для вакуумного литья - УППФ-3М
Форма - керамическая форма с теплоизоляцией
Предварительный нагрев формы - 1050°C
Температура заливки - 1500°C
Время выдержки в вакууме - 180 сек.
Охлаждение на воздухе
Первые отливки подверглись люминесцентному и радиографическому контролю, который выявил наличие как макро, так и микропористости с размерами отдельных пор более 0,2 мм.
Геометрия лопатки такова, что в литье почти всегда образуются тепловые узлы в месте перехода от лопатки к платформе. Кроме того, зона образования усадочных дефектов включает в себя и центральную часть лопатки.
PoligonSoft решает дифференциальные уравнения тепло- и массопереноса в кристаллизующемся литье методом конечных элементов (МКЭ).
Для его реализации необходимо построить модель сетки расчетной области. В данном случае расчетная область состоит из металла, керамической оболочки и теплоизоляции.
Генератор оболочек позволяет автоматически, без предварительных построений, создать модель сетки керамической формы и изолирующего слоя с заданной толщиной, на основе 3D-модели детали.
Изоляция
Форма
Асбест
Шамотный
кирпич
«Ведро»
Математическая модель плавильной установки
Была сформулирована модель технологического процесса со следующей последовательностью расчетов:
Расчет охлаждения пустой формы с момента ее извлечения из печи предварительного нагрева до заливки металла.
Моделирование процесса кристаллизации с момента заполнения формы до допуска воздуха.
Моделирование процесса кристаллизации с момента допуска воздуха до полного остывания на открытом воздухе в цеху.
Нагревание + Перенос + Вакуум
Заливка + Удержание + Охлаждение
Поля температур формы в момент начала заливки.
Температура и пористость отливки в момент допуска воздуха.
Рассчитанная пористость лопатки после охлаждения по сравнению с результатами металлографического исследования реальной детали.
С целью устранения дефектов было выполнено моделирование в PoligonSoft процесса кристаллизации отливок с разными размерами питающей части.
Критерием было принято, что отливка считается пригодной, если согласно результатам моделирования пористость в отливке в целом отсутствует в проблемных секциях.
На основе расчетов был сделан вывод, что невозможно устранить пористость в лопатке, увеличивая массу прибыли или изменяя схему изоляции блока отливки.
Поэтому было решено изменить конструкцию, и установить дополнительную вертикальную прибыль в проблемной зоне.
Затравки
Форма
Ванна с ЖМО
Нижний
нагреватель
Верхний
нагреватель
Никелевый Сплав - Inconel 625
Охладитель - Алюминий
Начальная Температура Формы - 20°C
Температура Заливки - 1510°C
Температура Верхнего Нагревателя - 1560°C
Температура Нижнего Нагревателя - 1640°C
Температура охладителя - 840°C
Расплавленный металл опускается из горячей зоны печи в холодную часть с жидкометаллическим охладителем.
Изменяя скорость охлаждения, можно получить желаемую макроструктуру.
Тепло передается в форму за счет излучения от нагревателей и ванны с жидким алюминием.
Когда поверхностная температура формы повышается, алюминий начинает функционировать как охладитель.
Форма не достигнет равномерной температуры из-за этого фактора; следовательно, необходимо получить распределение температур перед заливкой.
Заполнение формы происходит очень быстро, примерно за 3 секунды.
Несмотря на короткое время, необходимое для заливки, температура расплавленного металла значительно снизилась при контакте с более холодными затравками, разница составила около двухсот градусов.
Расчет позволяет получить температурное поле расплавленного металла в конце заливки.
Самый сложный этап термического расчета - это перемещение наполненной формы с ее погружением в ванну с жидким алюминием, поскольку условия постоянно меняются в течение всего расчета.
Меняются условия теплообмена излучением между движущейся формой, нагревателями, жидкометаллическим охладителем и стенками печи.
PoligonSoft автоматически решает эту задачу без необходимости дополнительных действий со стороны пользователя.
На последнем этапе используем модуль Макроструктура для расчета полученной макроструктуры отливки, основываясь на полученных температурных полях и физических характеристиках сплава.
Требуется изменение конструкции литейного блока, поскольку он не обеспечивает равномерный нагрев формы перед заливкой, ни равномерное распределение двухфазной зоны через сечение образца, что в свою очередь влияет на структуру.
.svg)
.svg)
.svg)
.svg)