Индустрия литья металлов всегда пыталась сбалансировать как технические, так и коммерческие потребности, поддерживая инженерные возможности, обеспечивая эффективную деятельность и защиту прибыльности бизнеса. Коммерция в корне не изменилась. Что меняется, так это способ торговли. Происходит огромная децентрализация. Клиенты кастинга несут ответственность за аутсорсинг и все больше и больше глобализируются. Таким образом, технические требования и степень ответственности, предъявляемые к металлическим роликам, стали еще более требовательными. Это предъявляет дополнительные требования к нашим инженерным ресурсам и заставляет нас задуматься о новых способах сокращения сроков поставки, сокращения общих затрат и эффективного технического взаимодействия с клиентами.

Темпы изменений на сегодняшнем рынке настолько быстры, что выход на рынок должен быть главным приоритетом. Слишком часто металлисты вынуждены идти на компромисс с инновационными идеями или подходами, потому что считается, что времени просто не хватает. Благодаря быстро развивающимся технологиям CAE, включая комплексное моделирование процесса литья, автоматическую оптимизацию процесса литья и новые компьютерные инструменты для проектирования компонентов, можно одновременно выполнять литье металла и конструкторы вместе для оптимизации проектирования компонентов и параметров процесса литья. Благодаря этим инженерным усилиям металлические ролики могут обеспечить устойчивость и рост своего бизнеса, сохраняя при этом значительные технические преимущества перед конкурентами.

Оптимизированные конструкции компонентов и процессы литья с использованием новых инженерных инструментов достигаются в тесном взаимодействии с инженерами и дизайнерами литья. Эта интеграция и человеческое сотрудничество имеют решающее значение для успешного ускорения цепочки процесса проектирования. Дизайнеры нуждаются в сильной поддержке со стороны экспертов по кастингу, чтобы иметь возможность в полной мере использовать характеристики литья, касающиеся его дизайна и свойств. Количественные результаты об эффективности литья, полученные при моделировании процесса литья, помогают дизайнерам понять влияние процесса на эффективность использования отливок.

Неуклонно растущая производительность компьютеров является еще одной движущей силой для применения инструментов CAE в разработке кастингов. Когда мы смотрим в ближайшее время, потенциал вычислительного процесса показан. Вместо трудоемких испытаний и ошибок в цехах, литейщики будут использовать компьютерные инструменты для автоматической оптимизации схем литья или условий процесса.

Замена процессов и материалов в автомобильной и машиностроительной промышленности стала стандартной процедурой при разработке новых компонентов. Это растущая проблема для классического строительного материала чугуна. Литейные заводы отреагировали на эту угрозу для своих оригинальных рынков, используя сплавы с улучшенными характеристиками материалов и новыми процессами, позволяющими им производить надежные детали, которые невозможно было представить 10 лет назад.

Для изготовления чугуна, ковкого чугуна, уплотненного графитового железа или даже ковкого чугуна аустеперного типа, отвечающего современным требованиям, требуется глубокое понимание материала и надежности процесса. Здесь моделирование процесса литья было чрезвычайно полезным. В течение последнего десятилетия технология моделирования процесса литья и прогнозирования полученных свойств материала была полезна двумя способами: во-первых, превращение формы в черный ящик, прозрачный для литейщика, помогает ему понять причины возможных проблем до Первый кастинг. Во-вторых, разработка инструментов виртуального моделирования для процесса литья требует глубокого и количественного понимания воздействия физики, металлургии и химии как таковой. Это существенно изменило эмпирически управляемый процесс в основанный на принципах и надежный производственный процесс.

Для многих чугунных литейных цехов моделирование процесса литья стало ежедневным стандартным инструментом для оценки стробирования и поднятия и прогнозирования подачи. Он стал инструментом в системах качества и оптимизации процессов. В современных инструментах моделирования учитывается особое поведение материала чугунов с точки зрения состава его сплава, практики плавления и металлургии.

Самым большим преимуществом процесса литья является его способность выполнять много задач одновременно. Однако это также является его самым большим недостатком, поскольку многие параметры процесса связаны друг с другом и должны учитываться одновременно.

TНынешние усилия в области развития выходят далеко за рамки оценки отливки и затвердевания. Один фокус связан с прогнозированием сложных дефектов, возникающих в результате взаимодействия металлургии и процесса. Второй аспект развития сосредоточен на моделировании и прогнозировании всего производственного маршрута. Все, что требуется для достижения конечной цели моделирования процесса литья: прогнозирование локальных свойств литья для оценки конструкции компонента, всей технологии и ее экономического влияния на рентабельность чугунных отливок.

Предпосылки успешного использования симуляции процесса литья для чугуна

TПрименяемая плавильная и металлургическая практика оказывают решающее влияние на целостность литья. Это особенно верно для чугунных компонентов, в которых металлургическая обработка является решающей для окончательных структур и свойств литья. Только если моделирование процесса литья способно учитывать влияние легирования и металлургии, литейные конструкции могут быть предсказаны локально.

Поддержка схемы литья, связанной с подачей, остается одной из важнейших задач моделирования процесса литья. В зависимости от разливаемого сплава необходимо учитывать различные режимы подачи и возможности самостоятельной подачи, чтобы обеспечить литье без дефектов. Следовательно, недостаточно основывать прогноз усадочных дефектов исключительно на горячих точках, полученных из температурных полей, но также иметь возможность количественно прогнозировать их. Имитация затвердевания должна сочетаться с расчетами плотности и переноса массы, чтобы оценить влияние морфологии затвердевания на поведение при подаче, а также рассмотреть зависимые от сплава диапазоны подачи. Это достигается посредством описания температурно-зависимых теплофизических свойств.

Особое поведение при подаче чугуна и сильная зависимость его характеристик затвердевания от металлургии означают, что макроскопическое прогнозирование горячей точки недостаточно для оценки метода литья чугуна. В ковком чугуне большие горячие точки в большинстве случаев приводят к идеальному осаждению графита и, следовательно, к созданию звука. С другой стороны, небольшие горячие точки, возникающие на ранних стадиях затвердевания, могут привести к сильной усадке из-за сокращения аустенита и угнетения графита.

Чтобы иметь возможность прогнозировать прочность чугуна на основе реальной локальной усадки и расширения отливки, программа должна быть в состоянии учитывать кинетику фаз, образующихся в течение всего пути затвердевания в отдельности. Для чугуна это означает учет влияния всех легирующих компонентов, а также применяемых методов инокуляции и плавления и металлургии.

Каждый литейный специалист использует инокуляцию и состав сплавов, чтобы избежать эффекта охлаждения или эвтектического цементита. Эти влияния накладываются местными условиями охлаждения. Чистое моделирование макроскопического теплового потока не может принять во внимание это взаимосвязанное взаимодействие. Поэтому применяются так называемые модели микроструктуры, которые предсказывают количество новых фаз на основе описанных выше взаимодействий для любого местоположения в пределах отливки в любое время.

Различные возможности обеих моделей лучше всего оценивать с использованием «смоделированных» кривых охлаждения. В то время как в макроскопических тепловых моделях свойства материала (теплофизические) являются фиксированными для используемого сплава, в микромодели эти свойства определяются на каждом временном шаге и для каждой точки как функция формирования текущей фазы. Это влияет на выделение скрытой теплоты и, наконец, на форму кривых локального охлаждения.