Компьютерное моделирование получения отливок

УП «Технопарк БНТУ «Метолит»
Программно-измерительный комплекс для
термического анализа (ПИК-ТА) сплавов
Назначение и область применения
Назначение:
Компьютерное моделирование литейных процессов
на основе термического анализа кривых охлаждения
(CA-CCA метод)
Область применения – производство литейной
продукции ответственного назначения:
1. Компьютерное моделирование процесса затвердевания
литейных сплавов
2. Идентификация и определение параметров фазовых
превращений в металлах и сплавах температур
3. Экспресс-анализ качества и состава литейных сплавов
при производстве отливок из черных и цветных металлов
4. Прецизионный термометрический контроль (до 1600 С)
расплавов
ПИК-ТА: микропроцессорная система для сбора
и анализа данных о фазовых превращениях в сплавах
- Серебряная медаль VII Международного салона инноваций и инвестиций
2007 г. (г.Москва, РФ);
- Серебряная медаль Международной выставки-конгресса «Высокие
технологии. Инновации. Инвестиции» 2007г. (г.Санкт-Петербург, РФ);
- Диплом Международной выставки-конгресса «Высокие технологии.
Инновации. Инвестиции» 2008г. (г.Санкт-Петербург, РФ)
Принцип работы ПИК-ТА (CA-CCA)
- информационно–измерительный блок,
- измерительная ячейка с датчиками
измерения температуры (ХА, ППР, ВР),
- персональный компьютер с
программным обеспечением ПИК-ТА
Источником информации о фазовых
превращениях служат результаты
экспрессного термического анализа
методом измерения кривой охлаждения
пробы расплава.
Полученные данные используются для
построения адекватных компьютерных
моделей затвердевающих отливок и
прогнозирования структуры и свойств
сплавов.
Разработка программного обеспечения и баз данных
о фазовых превращениях в сплавах для получения адекватных
компьютерных моделей процесса затвердевания
Данные микропроцессорной системы сбора и анализа информации о фазовых превращениях
используются для построения адекватных компьютерных моделей затвердевающих отливок и
прогнозирования структуры и свойств сплавов.
ProCAST
LVMFlow
(NovaFlow, LVMSolid)
ПОЛИГОН
MAGMA
……………….....
Проблема, которую необходимо решить:
Построение адекватных моделей затвердевания на основе корректных данных:
- функции выделения твердой фракции в интервале кристаллизации;
- реальных значений температур фазовых превращений.
Применение ПИК-ТА: получение адекватной
компьютерной CAE-модели отливки
3D- Модель отливки и литниковой системы (CAD-система)
Термический тест-анализ сплава и формирование базы
теплофизических свойств сплава
Годная отливка
Производство
Расчетная
сетка
(ANSYS,
NASTRAN,
UNIGRAPHICS
)
Расчет затвердеавания
(ProCAST, LVMFlow,
Полигон и др.)
Анализ результатов расчета
Термический тест-анализ сплава
для получения САЕ-модели
Термический анализ пробы расплава
(CA-CCA тест)
Расчет двухфазной зоны:
• температуры фазовых превращений TL, TS
• объемная доля твердой фракции fs(T)
Построение компьютерной модели отливки
(ProCAST и др.)
 S (T )сS (T )
f
T
T
  L (T )с L (T )
 q S (T ) S  div ( (T )T )
t
t
t
Определение температур фазовых переходов и объемной
доли твердой фракции в автоматическом режиме
1 – автоматическая
идентификация фазовых
переходов литейных сплавов;
2 – автоматический расчет
выделения твердой фазы
Экспорт данных в ProCAST
- Зависимость объема твердой фазы от
температуры fs(T)
- Температуры ликвидуса и солидуса TL и TS
Сравнение расчетных и экспериментальных
данных моделирования твердой фазы в ProCAST
Сплав системы Al-Si-Fe: стандартный расчет в ProCAST
Сплав системы Al-Si-Fe: расчет в ProCAST с использованием
данных ПИК-ТА
Компьютерное моделирование отливок «Рама»
(высокопрочный чугун) в ProCAST
литье в землю
Расчет в ProCAST с использованием
данных ПИК-ТА
Стандартный расчет в ProCAST
Повторный расчёт затвердевания отливки
производился
после
корректировки
кривой
зависимости выделения твердой фазы от
температуры, а также критических точек по
реально измеренным результатам.
Компьютерное моделирование получения отливок
«Насос» (АК9) в ProCAST
литье в кокиль
Стандартный расчет в ProCAST
Расчет в ProCAST с использованием
данных ПИК-ТА
Компьютерное моделирование получения отливок
«Водило» (Сталь 45) в ProCAST с использованием ПИК-ТА
литье в землю
Компьютерное моделирование получения отливок
«Втулка» (алюминиевый сплав АК12М2) в ProCAST
литье под давлением
Технические характеристики ПИК-ТА
• синхронный вывод результатов
измерений на панель индикации,
включая температуры фазовых
превращений и содержание основных
элементов химического состава;
• вывод термограмм для компьютерной
обработки (COM, USB-порты):
визуализация и компьютерное
моделирование литейных процессов в
CAE -системах
• Возможность
использования
стандартных
температурных
датчиков (ПР, ХА, ВР);
• Наличие надежной защиты от влияния электромагнитных помех
Технические характеристики микропроцессорной системы
сбора и анализа данных о фазовых превращениях
• Дискретность
измерения
температуры: 0.1°C
• Период
времени
между
измерениями температуры: от 0.4 с
• Погрешность
измерения
температуры, не более
± 0.1°C (при температуре
окружающей среды 15 - 35°C);
• Интервал температур измерений:
20-1600 °C
• Объем внутренней памяти: до 1024 термограмм сплавов
• Наличие
автономного
источника
питания
бесперебойной работы не менее 36 часов);
• Габариты: 145 х 105 х 65
• Масса: менее 0.5 кг
(время
автономной
Преимущества ПИК-ТА
1. Получение адекватных компьютерных моделей литейных процессов при
литье в металлические и разовые формы:
- автоматическая процедура вычисления объемной доли твердой
фракции для реальных сплавов без использования подгоночных
параметров и справочных данных;
- высокая точность автоматической идентификации фазовых
переходов (±0,1 С)
2. Автоматическая идентификация марки сплава
3. Адекватный учет влияния металлургической наследственности сплавов,
температурной
обработки
расплава,
модифицирования
и
др.
технологических факторов
4. 100% адаптация системы к производственным условиям:
- высокая степень защиты от электромагнитных помех;
- высокая разрешающая способность по времени (0,4 с) и температуре
(±0,1 С);
- автономный режим работы (независимость от источников питания);
- универсальность по типам используемых термодатчиков и сплавам
Дополнительные возможности системы
•
Определение основных элементов химического состава сплава
(для чугунов %С, %Si, %СЕ; для силуминов %Si);
•
Контроль процесса модифицирования литейного сплава:
- Для сплавов системы Al-Si – натрием, стронцием;
- Для чугунов – магнием, РЗМ.
Разработчики:
Научный руководитель:
Игорь Рафальский, к.т.н., ст.научн.сотрудник
Тел:(+375-29)-185-50-35
E-mail: rafalski@mail.ru
Производственные испытания и техническое сопровождение:
Анастасия Арабей, магистр, инженер
Тел: (+375-29)-166-23-93
E-mail: arabey_@mail.ru
Разработка микропроцессорных устройств:
Киселев Сергей, ведущий инженер
Тел: (+375-29)-770-99-85
Моделирование в ProCAST:
Лущик Павел, инженер
Тел: (+375-29)-764-44-60
E-mail: pavel_luchshik@mail.ru