{' '} {' '}
Limited time offer
SAVE % on your upgrade.

Page 40

M a r t i n L i e p e l Ch r i s t i a n K r u t zg e r

Roční přehledy Annual overviews

Simulace slévárenských procesů (2. pokračování)

RO ČN Í PŘ EH L EDY

Martin Liepe Christian Krutzger

Možnosti pronikat digitálně do výrobního procesu formou numerické simulace slévárenských procesů se používá už od 70. let minulého století. Zatímco zpočátku bylo možné virtuálně zobrazit jen některé dílčí oblasti – zde se dá uvést především tuhnutí jednoduchých odlitků –, vyvinul se mezitím ze simulace lití užitečný nástroj celkového posouzení a urovnává stále více cestu od slévárenského řemesla tradičního charakteru ke „slévárně 4.0“. Doplňkové části programu budou napříště moci převzít modelování simulace, vyhodnocování výsledků a také vyvození příslušných závěrů (heslo: Design of Experiments – plánování zkoušek). Definující parametry konečného produktu budou v budoucnu, co se týče řady uživatelů, spolu s opatřeními optimalizujícími topologii instalovány automaticky. Současně se zvažování na základě simulace nezredukuje už čistě jen na proces odlévání. Stejně tak se aktuálně budou modelovat předcházející a následující procesy a také okrajové postupy. Zde je možné uvést zvláště procesy přípravy a vstřelování formovacích směsí, procesy nanášení nátěrů na licí formy a simulaci procesů tuhnutí probíhajících v mikrostruktuře. Nadřazeným cílem je přitom stále zlepšení kvality odlitku. Předpověď vad odlitků a pevnosti konstrukční součásti Vliv nekovových vměstků na mez únavy při střídavém napětí v ohybu a poměrné prodloužení při přetržení u litiny s kuličkovým grafitem se v systémech simulace procesů odlévání a tuhnutí, které jsou dnes v průmyslu běžné, bere v úvahu jen málo, nebo se vůbec nezohledňuje. Tématem  zajímavého příspěvku B. Schelnbergera, B. Pustala a A. Bühriga-Polaczeka [1] se stal výpočet tohoto popsaného vlivu. Autoři přitom

110

používají speciální softwarová řešení, jako Micro-Phase, která poskytují termodynamicky propojené modely mikroodmíšení pro vícesložkové a vícefázové soustavy. V rámci experimentálních zkoušek, termodynamických simulací s programem FACTSage a také termodynamických a kinetických simulací v  programu MicroPhase bylo možné prokázat, že za rozhodující lze považovat zvláště součinitel tvaru segregací Mg-O-C, protože je iniciátorem trhlin. Morfologie grafitu, struktura základní kovové hmoty a lokální vadná místa mají výrazný vliv na vlastnosti litinových konstrukčních dílů. O tom se konkrétně pojednává v  příspěvku C. Thomsera, M. Bodenburga a J. C. Sturma [2]. Při konvenční konstrukci odlitků se na vliv znaků lokání struktury nebere ohled, protože se předpokládají homogenní vlastnosti v  celém odlitku. Konstruktér může možnosti litiny jako materiálu ve velké míře využít jen tehdy, jestliže se při výpočtu porušení součástek bere v úvahu skutečné rozpětí lokálních vlastností materiálu. Spojení simulace procesu lití s  charakteristickými cyklickými hodnotami materiálu se pro různé litinové materiály poprvé realizovalo v rámci výzkumného projektu MABIFF. Wöhlerovy křivky odpovídající struktuře uzavírají mezeru mezi simulací procesu odlévání a analýzou případu zatížení. Tento inovativní postup vedl jak ke kvantitativnímu, tak kvalitativnímu zlepšení předpovědi životnosti. Kromě technologie odlévání a geometrie odlitku bylo v simulaci stanoveno složení slitiny, parametry zpracování taveniny a očkování a rovněž procesní parametry. Program použil tyto vstupní veličiny k výpočtu tvoření zárodků, růstu různých fází, vlivů odměšování a na základě výpočtů také postupu tuhnutí a lokálně vznikající struktury a jejích znaků. Výpočet jednotlivých fází při tuhnutí umožnil předpověď struktur po ztuhnutí. Při dalším chladnutí se počítalo i s difuzí legujících prvků v austenitu, aby se zjistilo množství grafitu. Dále umožnil výpočet profilů odmíšení vzít v úvahu vliv legujících prvků na tvoření feritu a perlitu během eutektoidní přeměny. To dovolilo předpovědět statické mechanické vlastnosti v celém odlitku. Předmětem studie autorů M. Barkhudarova a R. Pirovanoa [3] ze společnosti FlowScience Inc., Santa Fe, USA, NM, je první fáze procesu tlakového lití. Zatímco se při simulaci tlakového lití pro charakteristiku procesu často implementuje jen jedna tlaková křivka, měl se ve stávající studii spolu simulovat komplet-

S l é vá re ns t v í . L X V . b ř eze n – d u b e n 2017 . 3 – 4

ní pohyb pístu. Cílem přitom bylo zabránit zkřížení vln taveniny a také odrazu vln od stěn komory, aby se předešlo nadměrnému strhávání vzduchu do taveniny ještě předtím, než se dostane do formy. Aby bylo možné zobrazení pohybu taveniny přibližující se co nejvíce skutečnosti, byly pro simulace v softwaru FLOW-3D a IOSO-Technology použity poznatky z  analytického přístupu k řešení a bral se také zřetel na okrajové podmínky proudění a viskozitu taveniny. Na základě toho bylo možné v  tomto smyslu optimalizovat pohyb pístu, zabránit výše zmíněnému zkřížení vln a také snížit obsah vzduchu v  tavenině před vstupem do dutiny formy na minimum. Výsledky studie první fáze tlakového lití umožnily přizpůsobení konstrukce vtokové a nálitkové soustavy pro docílení rovnoměrného plnění formy. Dalším spektrem sledování využívajícím k simulaci komerčně dostupné slévárenské softwary byla vedle optimalizace životnosti odlitků životnost trvalých forem. V rámci úkolu užitého výzkumu pro firmu AUDI AG, Ingolstadt, se Technická univerzita Braunschweig zabývala zvláště trhlinami a erozí typickými pro strukturu, ale také poškozením kavitací a trhlinami způsobenými pnutím, jak o tom referují autoři R. Heid aj. [4], [5]. Na základě výsledků zkoušek na reálných konstrukčních součástech a součástech, na kterých se ověřovala jejich platnost, byly pro ocel pro práci za tepla zn. Wst.-Nr. 1.2343 vypracovány různé modely pro předpověď těchto poškození. Vedle tepelných a kinematických vlivů během procesu odlévání se bral zřetel i na účinky nástřiku forem. Takto generované modely popisující stupeň poškození se implementovaly do zdokonaleného hybridního modulu na zkoušení únavy (Hybrid-Fatigue-Testmodul) softwaru FLOW-3D. Předpověď účinků kavitace a nárostů proběhla vzhledem ke složitosti a tím nezbytné době výpočtu zjednodušením v  podobě lokálně silně zvýšeného koeficientu přestupu tepla ve srovnání se standardní hodnotou 8000 W/m −2K−1. Autoři to zdůvodnili vnášením energie na povrchu formy, které lokálně kolísalo, což bylo podmíněno zmenšením vrstvy dělicích prostředků během procesu odlévání. Prognóza výskytu kavitačních účinků bude ještě spojena s dalším výzkumem, protože v  dosavadních simulacích se ukázal velký potenciál poškození i v oblastech, které v reálném procesu žádná rozeznatelná poškození nevykazovala. Ukázalo se, že poškození kavitací výrazně reagují i na menší modifikace proce-

Profile for INA SPORT spol. s r.o.

Slevarenstvi 3-4 2017  

Slevarenstvi 3-4 2017  

Profile for inasport