Застосування комп’ютерної техніки в технологічній та інженерній практиці

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Процес проектування будь-якого виробу традиційно прийнято поділяти на кілька стандартних етапів, таких як формування зовнішнього вигляду виробу (ескізний проект), аналіз його характеристик міцності, оптимізація конструкції з урахуванням перших двох етапів, технологічне опрацювання конструкції виробу, створення експериментальних зразків, натурні випробування і т. д. Оскільки процесу проектування властиво неодноразово повертатися до початку проекту, питання автоматизації проектування має актуальність для більшості підприємств і конструкторських бюро.

З появою сучасних систем автоматизованого проектування (САПР) інженер може відразу працювати в реальному тривимірному просторі (3D). Тепер проектування йде не від 2D креслення до 3D вигляду виробу, а у зворотному напрямку - від просторової моделі до автоматично згенерованих кресленнями, минаючи витрати часу на їх створення. Також у деяких системах 3D модель безпосередньо може передаватися у виробництво. Більшість сучасних 3D систем - твердотільні. Це дає можливість працювати з моделями в зовнішніх розрахункових програмах (Ansys, NE / Nastran, Abaqus), що значно спрощує роботу конструктора і технолога. Перевагою сучасних САПР стала «параметризація» ескізу, моделі, креслення:

1) змінювати розміри об'єкта тепер можна простим «перетягуванням» ліній або редагуванням їх розмірів;

2) змінивши розмір в 3D моделі, автоматично будуть перебудовані модель - збірка і робочі креслення;

3) відпадає необхідність викреслювати нові деталі, якщо вони відрізняються тільки розмірами шляхом створення нової конфігурації істотної деталі.

1. Опис програмного забезпечення

1.1 Програмне забезпечення LVMF low CV

LVMF low CV - професійне рішення для розробників ливарної технології.

Сучасні ливарні технології вже зараз дозволяють виготовляти відливки високої якості вельми складної конфігурації, практично не потребують додаткової обробки. Однак витрати на їх виготовлення залишаються ще високими. Застосування наукомістких технологій, зокрема, систем комп'ютерного моделювання фізико-хімічних процесів, що відбуваються під час формування відливки, дозволяє, з одного боку, переходити до відливок все більш і більш складної форми, використовуючи все більшу номенклатуру сплавів, з іншого боку, скорочувати витрати на налагодження технології, замінюючи натурний експеримент обчислювальним. Сучасні програми комп'ютерного моделювання, засновані на фізичних теоріях теплових, дифузійних, гідродинамічних і деформаційних явищ здатні адекватно відобразити картину фізико - хімічних процесів, що відбуваються при заповненні рідким металом форми, кристалізації багатокомпонентного сплаву, відпалу і т. д.

Система LVMF low CV зручна і досить проста в експлуатації. Її інтерфейс повністю лежить в рамках стандарту інтерфейсу Windows. Термінологія меню і діалогів звична і зрозуміла для фахівця, який працює в ливарному виробництві. Меню системи продубльовано панеллю інструментів з іконками, досить точно відбивають суть інструменту та що дозволяє скоротити число операцій при роботі з системою. При виникненні труднощів завжди можна скористатися Довідкової системою.

Нова версія LVMF low CV 4.4.

LVMF low CV може використовуватися практично для всіх ливарних процесів:

* лиття в землю;

* лиття в кокіль;

* лиття під високим тиском;

* лиття під низьким тиском;

* лиття по виплавлюваних моделях.

LVMF low CV надає можливості для комплексної оптимізації ливарних технологій ще до виготовлення будь-якої форми.

Застосування LVMF low CV дозволяє:

* оптимізувати режими заливки сплаву і затвердіння відливки;

* оптимізувати ливникову систему.

LVMF low CV дозволяє аналізувати процеси лиття при використанні різних матеріалів:

* вуглецеві сталі,

* леговані сталі,

* чавуни (сірі, білі, ковкі і високоміцні),

* алюмінієві, титанові, бронзові магнієві сплави, а також сплави на нікелевій і мідній основі та ін.

Застосування LVMF low CV дозволяє:

* помітно зменшити витрати часу на проектування та технічну підготовку виробів,

* підвищити якість виливків і, як наслідок, готових виробів

* збільшити конкурентоспроможність виробів,

* знизити загальні витрати часу на виробництво виробів,

* знизити собівартість виливків і готових виробів,

* мінімізувати відходи ливарного виробництва, зменшити матеріалоємність,

* значно зменшити, а в деяких випадках повністю виключити брак.

LVMF low CV побудована за модульним принципом:

Модуль «Налаштування»,

Модуль «3D імпорт»,

Модуль «Банк матеріалів»,

Модуль «Завдання технологічних параметрів»,

Модуль «Заливка & Затвердіння»,

Модуль «Напруження»,

Модуль «Банк паспортів»,

Модуль «Тест».

В даний час існує велика кількість систем геометричного моделювання (Pro Engineer, Soli Works, і т. д.), що дозволяють створити геометричний образ відливання і технологічного оснащення та передавати його в інші CAD системи в форматах IGES, STEP, DXF, STL. Для зв'язку з системами геометричного моделювання в LVMF low CV мається конвертор, що перетворює файли форматів STEP, DXF, STL, ASCII у внутрішній формат LVMF low CV.

Рисунок 1. Модуль «3D імпорт»

Модуль «3D імпорт», також виконує наступні функції:

Зміна орієнтації відливки в просторі. У процесі налагодження технології буває необхідно міняти орієнтацію виливки щодо поля тяжкості. Для повороту виливки передбачено два варіанти: а) числове завдання кутів Ейлера; б) обертання виливки за допомогою пристрою «миша» з візуальним контролем за її орієнтацією.

Масштабування геометричного образу відливки. 3D Імпорт дозволяє змінити масштаб геометричного образу виливки за допомогою вибору системи одиниць виміру (мм, см, дюйми і т. д.).

Збірка конструкції з геометричних образів, що зберігаються в різних файлах. Наприклад, маючи в окремих файлах геометрію відливків, ливниково-живильної системи, прибутків, можна реалізувати різні компонування елементів і створювати різні конструкції.

Модуль « Банк матеріалів».

LVMF low CV призначений для моделювання процесів формування відливків в реальних цехових умовах. Промислові сплави в переважній більшості є багатокомпонентними системами. Для моделювання кристалізації сплаву необхідна його фазова діаграма. На жаль, повних багатокомпонентних діаграм стану не існує. Досить вивченими є фазові діаграми систем. У зв'язку з цим, в модулі «Банк матеріалів» виробляється наближений розрахунок положення фазових рівноваг багатокомпонентного сплаву методом деформації двокомпонентної діаграми стану. З цією метою дані по сплавах в базі даних розбиті на класи: вуглецеві сталі, леговані сталі, чавуни, бронзи, силуміни і т. д.

Клас характеризується бінарною (базовою) рівноважною діаграмою стану, параметрами, що визначають деформацію діаграми при додаванні до подвійної системи інших елементів, і кінетичними коефіцієнтами фазових перетворень. Для конкретного сплаву, що належить певному класу, введені: хімічний склад, теплота фазових переходів і поріг протікання. Хімічний склад сплаву, теплота фазових переходів і характеристика класу дозволяють визначити інтервал і кінетику кристалізації даного сплаву.



Рисунок 2. Модуль Банк Даних

Поріг протікання - це експериментальний параметр, що визначає мінімальне значення частки рідкої фази, при якій можливе протікання рідини в двофазній зоні. Крім класів ливарних сплавів в базі даних існує клас матеріалів форм, куди занесені найбільш часто вживані формувальні матеріали, вогнетривкі, ізоляційні матеріали і метали.

Модельовані процеси протікають в широкому температурному інтервалі, на якому значення теплофізичних властивостей матеріалів можуть змінюватися в кілька разів. Тому як для матеріалів форм так і для сплавів введені температурні залежності теплопровідності, теплоємності, щільності.

Якщо база даних не містить потрібних користувачеві сплавів і матеріалів форм, вона може бути поповнена самим користувачем. Введення і коригування даних здійснюється в простому діалозі і супроводжується графічним відображенням вводяться значення. Коригуються тільки дані по металам і матеріалам форм, параметри класів користувачем відкориговані бути не можуть. Така корекція, а також введення нових класів сплавів виробляються розробником на замовлення користувача.

Модуль «Завдання технологічних параметрів».

Призначений для завдання початкових і граничних умов, а так само інших технологічних параметрів.

Модуль «Завдання технологічних параметрів» дозволяє:

- Створити сітку в розрахунковій області.

- Поставити на кордонах розрахункової області умови теплообміну.

- Поставити початкові температури форми і заливаємого металу.

- Сформувати параметри заливки.

- Ввести параметри додаткових технологічних прийомів

У LVMF low CV елементарною клітинкою різницевої сітки є куб. При цьому усередині кожного осередку може виявитися досить довільне число локальних тіл, розділених внутрішніми, по відношенню до комірки, поверхнями розділу. Ці внутрішні поверхні розділу в осередках є частинами вихідних точних STL кордонів. В об'ємній частині - комірки є цілими (не перебувають з частин) і утворюють регулярну прямокутну сітку. Тому для автоматичної генерації сітки досить ввести один параметр - розмір комірки (крок сітки), або задати загальна кількість вузлів сітки. Чим менше крок сітки, тим точніше рішення, яке вийде в процесі рахунку.

Рисунок 3. Модуль завдання технологічних параметрів

Завдання граничних умов на кордоні розрахункової області здійснюється вибором одного з чотирьох варіантів:

а) на кордоні розрахункової області підтримується задана температура;

б) межа розрахункової області є площиною симетрії;

в) за межами кордону розрахункової області розташовується нескінченна форма;

г) межа розрахункової області є кордоном форма - повітря.

Завдання початкових температур форми і заливаємого металу.

Створену в системі геометричного моделювання конструкцію можна доповнити побудовою оболонки навколо будь-якої частини відливки. Для цього достатньо вказати цю частину відливки і задати товщину оболонки. Оболонка стає таким же елементом технологічної оснастки, як і ті деталі, що побудовані в системі геометричного моделювання. У разі неоднорідного технологічного оснащення для кожного матеріалу можна задати свою власну початкову температуру.

Формування параметрів заливки.

У LVMF low CV закладена можливість моделювання різних видів заливки: гравітаційне лиття, лиття з ковша, лиття під тиском і ін. Завдання місця харчування металом (ливникової точки) проводиться на кордоні розрахункової області в крапці, що належить відливці або ливниково-живильній системі.

Для гравітаційного лиття задається напір - висота стовпа рідини над перетином, в якому встановлена ливникова точка і коефіцієнт, що характеризує зменшення потоку розплаву, викликане тертям рідини об стінки заливального пристрою.

Для лиття під тиском задається або швидкість вхідного потоку, або масова витрата розплаву. При завданні одного з параметрів, другий автоматично розраховується. Зміна швидкості вхідного потоку в часі можна задати спочатку формуванням таблиці «час - швидкість» або організацією системи сенсорів. Встановлені у відливок сенсори працюють таким чином: коли фронт розплаву проходить через сенсор відбувається зміна швидкості вхідного потоку.

Рисунок 4. Модуль завдання технологічних параметрів

Введення параметрів додаткових технологічних прийомів.

На межі метал - форма можна ввести параметри, що характеризують антипригарне покриття, а також параметри, що враховують утворення повітряних зазорів між металом і формою в процесі затвердіння відливки.

Установка датчиків.

Для більш детального аналізу користувач може встановити датчики в будь-якому місці розрахункової області (у відливці або приладах). Показання датчиків виводяться у вигляді графіків тимчасової залежності виведеної функції (температури, швидкості зміни температури, частки рідкої фази, швидкості течії розплаву, вхідного потоку розплаву).

Більшість параметрів встановлено вперше за замовчуванням системою Системні установки. У процесі роботи досить відкоригувати параметри або не змінювати їх взагалі. Введення значень параметрів можна робити в довільному порядку.

З додаткових прийомів, застосовуваних у ливарній технології, в LVMF low CV реалізовано моделювання тепло - електронагрівачів (ТЕНів), каналів з теплоносіями (газ, рідина, плазма) і фільтрів. Потужність тепловиділення ТЕНів в процесі моделювання можна змінювати в довільні моменти часу. Канали з теплоносіями можуть використовуватися як нагрівачі і як холодильники.

Модуль «Заливка & Затвердіння»

У LVMF low CV є три розрахункових модуля:

* Затвердіння,

* Заливка,

* Заливка і Затвердіння.



Рисунок 5. Модуль Заливка і затвердіння

У модулі «Затвердіння» форма спочатку вважається миттєво заповненою розплавом і моделюється процес затвердіння сплаву. В основі моделі лежить не рівноважна теорія кристалізації багатокомпонентного сплаву.

У модулі «Заливка» моделюється заповнення форми розплавом, яке розглядається, як течія в'язкої рідини з урахуванням процесів теплопередачі. Перебіг описується рівняннями Нав'є-Стокса. Для вивчення руху в розплаві сторонніх (шлакових) часток у пакеті передбачена можливість моделювання руху кулястих частинок заданого радіусу і щільності. Одночасне моделювання процесів заповнення форми розплавом і його затвердіння здійснюється в модулі «Заливка & Затвердіння».

У кожному окремому модулі процеси тепломасопереносу описуються замкнутою динамічною системою рівнянь, заснованих на законах збереження енергії, імпульсу, маси, рівнянь стану багатокомпонентних сплавів, які вирішуються на прямокутній сітці методом Control Volume (CV) з автоматичним вибором кроку інтегрування за часом. Такий підхід, на наш погляд, є найбільш оптимальним.

Переваги використання методу CV:

* Економія пам'яті при зберіганні даних на регулярній структурі;

* Можливість застосування швидких алгоритмів, пов'язаних з факторизацією;

* Легко проводиться подрібнення і укрупнення сітки, якщо це необхідно;

* Можливість, при необхідності, легко підвищувати порядок апроксимації.

Динаміка процесу несе в собі велику кількість інформації, тому відображенню результатів моделювання в пакеті приділено велику увагу. Результати моделювання такі як температурна частка рідкої фази, швидкість течії розплаву, тиск в розплаві, частка усадочних дефектів виводяться на кожному часовому кроці.

Висновок образу відливки (також як і полів функцій, що характеризують її стан) проводиться у вигляді ізометричного зображення (3D) і в довільному плоскому перерізі (2D), в кольоровій гамі, відповідної встановленою шкалою. Функції обертання і масштабування доповнюють можливості перегляду. Для отримання більш детальної інформації можна вважати чисельне значення поля (температури, частки рідкої фази, швидкості, частки дефектів і т. д.) в довільній точці розрахункової області.

Модуль «Розрахунок напруг і деформацій».

У процесі охолодження відливок деформується (змінює свої розміри). Одночасно виникають і напруги обумовлені, як неоднорідністю температурного поля, так і взаємодією з формою. У представленій версії LVMFlowCV розраховується взаємодія відливки з формою.

Рисунок 6. Модуль розрахунок напруг і деформацій

У модулі «РОЗРАХУНОК НАПРУГ» застосована модель розрахунку напруг і зсувів, що виникають при охолодженні відливки з урахуванням наростання твердої скоринки. В даний час LVMF low CV дозволяє розрахувати такі фізичні величини: вектор зміщення; тензор деформації; тензор напруг. У процесі рахунку для перегляду відображається наступні поля: Зміщення в X, Y, Z напрямках; Поле зсувних напружень; Поле напружень стиску; Поле критичних напружень зсуву;

Зміщення є результатом деформацій виникають у відливці в процесі охолодження. Поле зміщень в тривимірному вигляді висвічується спотвореним із заданим Коефіцієнтом збільшення. Це для того, щоб краще було оцінити в яких місцях і в яких напрямках відбуваються зміщення. Що висвітлюють стрілки на перетині поля зміщеним показують напрямок зсувів. Колір показує модуль вектора деформації (величину зсуву).

Модуль «Банк паспортів».

Результати моделювання можна зберігати автоматично для подальшого перегляду і створення архіву технологічних рішень. На відливок заводиться «паспорт» в який записуються всі параметри кожного моделювання. Результати розрахунку функцій можна зберігати в 2D і 3D видах.

Рисунок 7. Модуль Банк паспортів

У модуль «Банк паспортів », включена можливість створення і перегляду результатів за допомогою анімації. Це дозволяє, наприклад, переглянути процес заповнення виливки в режимі реального часу. Надалі паспорт може бути використаний модулем «Початкові установки» як прототип для нового варіанту моделювання заповнення та затвердіння.

Наявність такої системи як LVMF low CV в руках технолога-ливарника дозволить значно здешевити і прискорити дослідницьку роботу з проектування виливків. Час, який необхідно витратити для розрахунку одного варіанта на Intel Core 2 Duo E8400 при загальному розбитті 500000 вузлів, включаючи форму, становить для модуля «Кристалізація» 9 хвилин, модуля «Заливка» 15 хвилин, і для модуля «Заливка & Кристалізація» 28 хвилин. При цьому забезпечується хороший збіг результатів розрахунку з експериментальними даними. LVMF low CV пропонує широкий набір інструментів для моделювання, дослідження та створення оптимальної ливарної технології. LVMF low CV можна використовувати у навчальних закладах при підготовці кваліфікованого персоналу для ливарних виробництв.

1.2 Компас- 3D v10

Група компаній АСКОН оголошує про вихід КОМПАС- 3D v10 - нової, поліпшеної і більш функціональною версії системи тривимірного твердотільного моделювання КОМПАС- 3D. Новий КОМПАС скачати став ще більш універсальним і цікавим як для галузей машинобудування, так і для будівельного проектування.

Нові можливості КОМПАС-3D значно підвищують ефективність проектування за рахунок більш 70-ти змін.

Основне завдання, яке вирішується системою КОМПАС -3D - моделювання виробів з метою істотного скорочення періоду проектування і якнайшвидшого їх запуску у виробництво. Ці цілі досягаються завдяки можливостям:

- Швидкого отримання конструкторської та технологічної документації, необхідної для випуску виробів (складальних креслень, специфікацій, деталювання і т. д.);

- Передачі геометрії виробів в розрахункові пакети;

- Передачі геометрії в пакети розробки керуючих програм для обладнання з ЧПУ;

- Створення додаткових зображень виробів (наприклад, для складання каталогів, створення ілюстрацій до технічної документації тощо).

Система КОМПАС- 3D дозволяє реалізувати класичний процес тривимірного параметричного проектування - від ідеї до асоціативної об'ємної моделі, від моделі до конструкторської документації. Основні компоненти КОМПАС-3D завантажити - власне система тривимірного твердотільного моделювання, креслярсько-графічний редактор КОМПАС- Графік і модуль проектування специфікацій. Всі вони легкі в освоєнні, мають російськомовні інтерфейс і довідкову систему.

Система КОМПАС-3D призначена для створення тривимірних асоціативних моделей окремих деталей і складальних одиниць, що містять як оригінальні, так і стандартизовані конструктивні елементи. Параметрична технологія дозволяє швидко одержувати моделі типових виробів на основі одного разу спроектованого прототипу. Численні сервісні функції полегшують вирішення допоміжних завдань проектування й обслуговування виробництва.

Основні компоненти КОМПАС- 3D:

1. Система тривимірного твердотільного моделювання.

Призначена для створення тривимірних асоціативних моделей окремих деталей і складальних одиниць, що містять як оригінальні, так і стандартизовані конструктивні елементи. Параметрична технологія дозволяє швидко одержувати моделі типових виробів на основі одного разу спроектованого прототипу. Численні сервісні функції полегшують вирішення допоміжних завдань проектування й обслуговування виробництва.

2. Креслярсько-графічний редактор (КОМПАС-Графік).

Призначений для автоматизації проектно-конструкторських робіт в різних галузях діяльності. Він може успішно використовуватися в машинобудуванні, архітектурі, будівництві, складанні планів і схем - скрізь, де необхідно розробляти і випускати креслярську документацію.

3. Модуль проектування специфікацій.

Використовується спільно з Системою тривимірного твердотільного моделювання та / або Креслярсько-графічним редактором. Модуль дозволяє випускати різноманітні специфікації, відомості та інші табличні документи.

Документ-специфікація може бути асоціативно пов'язаний зі складальним кресленням (одним або декількома його листами) і тривимірною моделлю збірки.

4. Текстовий редактор.

Призначений для розробки різного роду текстової документації. Можливе як стандартне, так і довільне оформлення документів. При роботі можна використовувати будь-які доступні в Windows шрифти - як векторні, так і растрові.

При розробці функцій і інтерфейсу КОМПАС-3D враховувалися прийоми роботи, властиві машинобудівному і будівельного проектування.

Основні зміни:

- Підвищення універсальності : реалізовані машинобудівна і будівельна конфігурації системи, налаштовані під конкретну область проектування.

- Підтримка нового стандарту: реалізовані тривимірні розміри і позначення в повній відповідності з ГОСТом 2.052-2006 «ЕСКД. Електронна модель виробу ». Користувач тепер може додавати і зберігати всі необхідні позначення в тривимірних моделях, а також автоматично передавати їх в креслення.

- Поповнення можливостей налаштування виду програми: нова стартова сторінка містить всі необхідні посилання для зручності початку роботи та нові колірні схеми для кращого уявлення інтерфейсу КОМПАС- 3D. Розширені спливаючі підказки з описами елементів полегшать освоєння продукту і нового функціоналу.

- Істотне збільшення способів для колективної роботи над проектами : користувач має можливість вставки в поточне креслення вмісту іншого креслення, у тому числі із збереженням зв'язку з документом - джерелом, наприклад, з планом будівлі. Вставляючи в своє креслення будь-яке зображення з іншого креслення, проектувальник може зберегти зв'язок з джерелом і буде бачити зміни, якщо такі відбудуться.

- Нові можливості для тривимірного моделювання: зміна розмірів ескізів в режимі редагування твердотільних операцій, повноцінні твердотільні операції в середовищі збірки. При роботі з моделями збірок тепер можна виконувати ті ж операції, що і при роботі з моделлю деталі: додавання / видалення матеріалу, створення фасок, заокруглень, ребер жорсткості і т. п. Таким чином, з'явилася можливість створення в збірці тіл, що належать самій збірці, а не будь-якого компонента.

- Поліпшення візуального відображення проекту: нова команда « Заливка » дозволяє створювати одноколірні і градієнтні заливки різних типів: лінійну, циліндричну, кутову, конічну, радіальну, квадратну. Їх використання істотно покращує візуальне відображення проектів користувача і дозволяє надати результати робіт в більш ефектному вигляді.

- Підтримка стандарту кодування символів Юнікод (Unicode) : даний стандарт охоплює практично всі письмові мови, що істотно полегшує обмін технічною документацією на різних мовах між користувачами КОМПАС-3D завантажити.

- Управління параметрами масо-центрувальних характеристик (МЦХ): при роботі з покупними виробами або з виробами, запозиченими ззовні і не вимагають детального опрацювання геометрії, користувач може задавати значення маси або координати центру мас моделі. Таким чином, якщо користувачеві немає потреби витрачати зайвий час на детальну промальовування геометрії, але є необхідність дотримання масо-центрувальних характеристик, робота зі створення подібних елементів суттєво спроститься.

2. Опис виконання роботи

В компас 3d створюємо тривимірну модель деталі й ливникової системи, й зберігаю в форматі m3d та stl.

Рисунок 9. Деталь

Відкриваємо програму Nova Flow Solid й за допомогою неї збираємо форму встановлюємо матеріал деталі та вибираємо необхідні матеріал формосуміші та інших параметрів. Проводимо моделювання заливки форми.

Після заливання форми робимо скриншот утворившихся дефектів та аналізуємо причини їх утворення.

Рисунок 10. Дефекти утворені при охолодженні

Як бачимо що у нас утворилося два місця усадкових раковин.

Усадковими раковинами називають відкриті або закриті порожнини в тілі відливка, що мають шорстку глибоку кристалічну поверхню зі слідами дендритів. Усадочна пористість являє собою дрібні порожнини, розташовані між дендритами сплаву по всьому об'єму відливка або в її центральних частинах. Усадкові раковини на відміну від усадочної пористості мають порівняно великі розміри. Відкриті усадочні раковини бувають окислені. Усадкові раковини зазвичай утворюються в потовщених місцях відливки, які тверднуть в останню чергу. Як правило, за рахунок ліквації при затвердінні відливки метал в усадочній раковині має підвищений вміст сірки і фосфору. Всі метали при нагріванні збільшуються в об'ємі, а при охолодженні, навпаки, скорочуються. Отже, обсяг рідкого металу у формі завжди більше обсягу металу затверділої виливки. Скорочення обсягу і лінійних розмірів виливки у формі при охолодженні називається усадкою. Процес усадки сплаву у формі можна розбити на три стадії: усадка рідкого розплаву до досягнення нею температури початку затвердіння ; усадка сплаву в період переходу його з рідкого стану в твердий; усадка сплаву в твердому стані.

Якби швидкість охолодження металу в виливі була однаковою по всьому її об'єму до моменту затвердіння, тобто кристалізація відбувалася б одночасно у всьому об'ємі, то концентрована усадкова раковина відсутня б. У цьому суто теоретичному випадку виливок після затвердіння скоротила б свої розміри на величину/г, залежну від різниці питомих обсягів у рідкому і твердому станах. Практично одночасно з усадкою сплаву відбувається його затвердіння, яке починається з поверхні відливки і закінчується в її центральній частині.

Після заливки у форму рідкий метал охолоджується і зменшується в об'ємі. У цей період можливе зменшення його рівня в формі на порівняно невелику величину. Затвердіння починається з поверхні відливки. Одночасно рідкий метал продовжує охолоджуватися. Після утворення суцільної скоринки металу товщиною х залишився рідкий метал твердне як би в посудині. За рахунок триваючої усадки утворюється зазор між рівнем рідкого металу і верхньої затверділої скоринкою, що і відповідає початку освіти внутрішньої усадковою раковиною. У міру затвердіння виливки відстань між верхньою скоринкою і рідким розплавом збільшується аж до повного затвердіння виливки, а перетину раковини поступово зменшуються. Під дією атмосферного тиску зовнішня затверділа корочка прогинається (в порожнині раковини може бути розрядження).

Відкрита усадкова раковина може утворитися при різкому зменшенні швидкості затвердіння сплаву в якому-небудь місці, наприклад у верхній частині відливки. У цьому випадку скоринка зверху не утворюється. Іноді корочка руйнується, тоді раковина стає видимою. У масивних відливках, наприклад в злитках, може утворитися дві (або навіть три) усадочні раковини, розділені тонкими перегородками і розташовані одна під іншою.

У фасонних і складних виливках з нерівномірними по товщині стінками, приливами, потовщеннями, бобишками і т. д., як правило, утворюється кілька місцевих усадочних раковин у місцях, де метал твердне в останню чергу, тобто в теплових вузлах. Найбільш часто усадочні раковини зустрічаються в Т- подібних і хрестоподібних перетинах і в кутах відливки, де є місцеві скупчення металу.

3. Термодинамічний розрахунок

Термодинамічний розрахунок наступного складу:

Ti-1.0, Hi-2.0, Cr-4.0, Fe-4.0, Cl-2.0, O-1.0

Рисунок 11. Термодинамічний розрахунок

4. Подвійна діаграма стану Fe-Cu

Діаграма стану системи вивчалася багатьма дослідникам. Дані про повну або часткову змішуваність заліза і міді в рідкому стані суперечливі. Встановлено відсутність розшаровування в системі залізо - мідь, проте в переохолодженому стані (ступінь переохолодження 100 ° С і більше) воно спостерігається. Область не змішуваності майже симетрична осі, що відповідає еквіатомному складу, а критична температура змішування лежить на 20 ° С нижче температури ликвидує при еквіатомному складі.

Діаграма стану системи залізо - мідь наведена на рис. У системі існують три області первинної кристалізації фаз д, у і е, і три перетворення (два перитектичних і одне евтектоїдна), що протікають при 1480, 1094 і 850 ° С.

Розчинність заліза в міді при 1025, 900, 800 і 700°С становить 2,5, 1,5, 0,9 і 0,5% (за масою) відповідно. Діаграми стану системи побудовані за розрахунковими даними ; в основному ці діаграми узгоджуються з побудованими за даними експерименту.

Рисунок 12. Подвійна діаграма стану Fe-Cu

розрахунковий ливарний геометричний

Висновок

В цій курсовій роботі я створила 3D модель заданої деталі. Описала програмне забезпечення що застосовувалося в даній курсовій роботі, а саме компас та Nova Flow Solid. Змоделювала за допомогою цих програм процес отримання відливки заданої деталі, охарактеризувала причини утворення дефектів литва. Провела термодинамічний розрахунок реакційної системи заданого складу. Охарактеризувала подвійну діаграму стану двох елементів та графічно її зобразила

Размещено на Allbest.ru

...