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

Page 41

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

su plnění formy. Předpověď trhlin způsobených pnutím vyžaduje výpočet celého cyklu odlévání s aktivovaným výpočtem pnutí a není se současnou výpočetní technikou v běžné průmyslové výrobě použitelné kvůli nákladům, které nelze obhájit. Stejně tak je zde nutné uvést zvláštní význam hustoty sítě na simulační studie.

Optimalizace na základě automatizace Zatímco se simulace odlévání používala tradičně k dimenzování a konstrukci vtokových a nálitkových soustav především manuálním modelováním, mezitím se ukázaly možnosti automatizovat simulaci v  rámci statistického plánování zkoušek. G. Dieckhues a T. Gummersbach popisují v odkazu [10] do značné míry autonomní optimalizaci licí soustavy hliníkového odlitku víka hnací soustavy se softwarem Magmasoft 5.3 a také genetických algoritmů. Jako nadřazený cíl přitom bylo definováno zvýšení kvality odlitku díky předcházení vzniku povrchových oxidických vměstků. Nejdříve k tomu byla v rámci DoE (statistické plánování zkoušek) stanovena čtyři cílová kritéria (1 – rovnoměrné plnění formy kavit, 2 – laminární plnění formy, 3 – malý kontakt se vzduchem, 4 – dostačující teplota plnění formy). Ukázalo se však, že příčinou vzniku vzduchových vměstků nejsou jen kinetické pochody plnění formy a geometrie licího proudu, ale že velký vzájemný vliv

mají také vtokové a nálitkové soustavy. Tyto geometrické prvky se posuzovaly v druhé fázi simulační studie. Snížila se přitom sice hmotnost vratného materiálu, významného omezení vzduchových vměstků se však simulací nedosáhlo. Tyto závěry odpovídají poznatkům, že takové vady odlitků nejsou podmíněny pouze technologicky, ale i chemickým složením formovací směsi a také nečistotami v tavenině. Nezávisle na této skutečnosti lze souhrnně konstatovat, že se procesy odlévání dají metodami automatizace simulace dále zlepšovat a že se především dá zvýšit kvalita odlitku. Kvalita zalití vložek válců je tématem H. Bramanna a L. Pavlaka [11] ze společnosti MAGMA GmbH, Cáchy, v  jejich studii virtuálních zkoušek odlévání. Podobně jako u předešlého příspěvku byla přitom definována kritéria kvality a cílová kritéria, která se měla v co možná nejvyšší míře splnit úpravou proměnných procesních veličin. Kvůli velikosti pole parametrů a vysokému počtu simulací, které s  tím byly spojeny, použili i zde automatizované simulační modelování, provedení a vyhodnocení. Podobnou, i když komplexnější cestu ke zlepšení litých konstrukčních dílů popisuje T. Mache [12] ve své přednášce o konstrukci a optimalizaci odlitků se zřetelem na výrobně technologické okrajové podmínky. Aby se dala kvalita odlitku pro simulaci dostatečně kvantifikovat z hlediska technologie odlévání, byl definován pojem indexu slévatelnosti, který akumuluje kvalitu jednotlivých parametrů (oxidické vměstky, nezaběhnutí, staženiny a další) pro každou buňku sítě v softwaru FLOW-3D. Data, která se přitom získala, bylo možné zakreslit na síť FE (konečných prvků) Permas výpočtu struktury, takže se v obnovené smyčce dala optimalizovat tuhost a hmotnost konstrukčního dílu současně se zřetelem na slévatelnost. Na základě velkých množství dat a také počtu proměnlivých parametrů, které se v  takovém sledu procesu vygenerují, vedl automatizovaný průběh výpočtu a simulace k cíli. Současně nejsou průběhy omezeny jen na procesy tlakového lití, ale dají se přizpůsobit i jiným postupům odlévání různých materiálů. Spojení strukturních mechanických výpočtů a simulace technologie lití bylo také zařazeno do jednoho výzkumného projektu. S. Pysz aj. [13] nahradili ve svých zkouškách svařovaný ocelový konstrukční díl závěsu kola litým hliníkovým dílem, aby vyhověli požadavkům na rostoucí snižování hmotnosti automobi-

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

111

PN RA R ZO Č Í X P ŘE E H L E D Y

Simulace okrajových procesů Na základě právě popsaných poznatků byl v rámci spolupráce mezi firmou Audi AG, odborem slévárenství Kasselské univerzity a firmou Flow Science, Inc., Santa Fe, USA, NM, přepracován model procesu nástřiku formy, o čemž referují autoři J. Müller aj. v odkazu [6]. Možnost vypracování parametrů jednotlivých trysek, pokud jde o úhel otvoru postřikového paprsku, úhel a vzdálenost tohoto paprsku ve vztahu k povrchu formy a také k jeho nehomogenní teplotě, dovoluje ve spojitosti se zobrazením pohybu stříkací hlavy i realistické zobrazení v simulaci. Kromě samotného procesu odlévání se pomocí simulace stále více posuzují a dále optimalizují i okrajové procesy. Význam ovlivňování teploty formy cíleným řízením toků médií uvnitř formy se neustále zvyšuje. V rámci záměru Společného průmyslového výzkumu (IGF) uskutečnili S. Müller, H. Pries a K. Dilger [7] rozsáhlá teoretická a simulační posuzování různých geometrií temperovacích kanálů. Kromě průběhu proudění a teploty se simulací podařilo zjistit nezbytné dimenzování geometrie těchto kanálů. Naproti tomu provedli E. Eichelberger aj. [8] z Odborné technické vysoké školy Severní Švýcarsko, Olten, Švýcarsko, konkrétní srovnávací experimentální zkoušky se simulací. Tak se podařilo v laboratorním měřítku prokázat potenciál aktivního chlazení formovací směsi vzduchem. Srovnávací zkoušky umožnily doložit, že aktivním chlazením se doba chlazení až do vyjmutí odlitku dá zkrátit až o 33 % (obr. 1). Na základě snížení objemových deficitů může tento postup umožnit technologickou úpravu složitých geometrií. Autoři však navíc poukazují na to, že je třeba, aby se u implementací uvedeného chlazení vzduchem bral ohled i na další ekonomická a technická hlediska. Chladicí kanály by měly být navařeny na aktivní chladítka vyrobená z ocelového polotovaru. Autoři C. Krutzger aj. [9] zkoumali simulací vlastnosti formovacích směsí a látek v rámci projektu také na Univerzitě Otto von Guericke, Magdeburg.

Cílem projektu s kooperačním partnerem firmou Laempe Mössner Sinto GmbH, Meizendorf, bylo proniknout z vědeckého hlediska do procesu mísení formovací směsi a simulovat ho ve vhodném softwaru. Simulace procesu mísení se softwary CFD a DEM měly pomoci ve vývoji výkonných mísičů bez problémů s ulpíváním směsi. Metodou Computational Fluid Dynamics (CFD, počítačová dynamika proudění) se mísič, resp. jeho prostor, pokryl sítí a následně se vypočítalo řešení pro každou buňku mřížky. Formovací látka se přitom považovala za tekutinu. To se jeví jako smysluplné, protože pojivo se mezi zrny písku vyskytuje jako tekutina. Jako další simulační model použili Diskrete Elemente Methode (DEM, metoda diskrétních prvků), kde byla písková zrna zobrazena jako jednotlivé částice, jejichž vzájemné působení spočívá na fyzikálních silových a kontaktních zákonech. Tekuté komponenty se však daly oproti simulaci CFD zobrazit pouze nepřímo jako kohezivní síly přitažlivosti. V simulaci CFD bylo sice možné zobrazit dynamickou část, protože se však částice formovací směsi považovaly za tekutinu, neodpovídá statické chování skutečnosti. Nevytvořily se žádné pevné stabilní struktury. U simulace DEM lze pozorovat dobrou shodu. Tím dosud vykazuje použití DEM přinejmenším u procesu mísení písku bez pojiva jednoznačné výhody (obr. 2).

Profile for INA SPORT spol. s r.o.

Slevarenstvi 3-4 2017  

Slevarenstvi 3-4 2017  

Profile for inasport