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

Page 24

Z PRAXE

M . L u ň á k – D. J e l í n e k

O p t i m a l i z a c e o d l é v á n í h l i n í ko v é h o o d l i t ku p r o a u to m o b i l o v ý p r ů m y s l p o m o c í s o f t w a r u M AG M A 5

optimalizace. Z této základní simulace vyplynulo, že technologické parametry a doba setrvání odlitku ve formě jsou navrženy velmi přesně a není zde prostor pro zkrácení cyklu, aniž by se provedl větší zásah do teplotní bilance formy. Celková doba, po kterou je forma uzavřena, činí 460 s. Na obr. 3 je patrný okamžik, kdy u původní technologie docházelo k ukončení působení fáze dotlaku. V tomto okamžiku se v odlitku stále nachází relativně velká oblast, která v sobě obsahuje určitý podíl tekuté fáze. Podíl této tekuté fáze je dostatečně nízký na to, aby nevznikly potíže při odformování a vyražení odlitku. V této oblasti by nicméně mohl hrozit výskyt ředin. Okamžik, kdy dojde k otevření formy, je zřejmý z obr. 4. V odlitku, kromě vtokového kůlu, se již nevyskytuje žádný podíl tekuté fáze, odlitek je tedy kompletně ztuhlý a nevznikají žádné problémy s jeho vyražením z horní poloviny formy. Návrh parametrů pro optimalizaci Geometrii chladicích tras (kanálů) dokumentuje obr. 5. V horní polovině formy má každý odlitek k dispozici dva průchozí chladicí kanály a ve spodní polovině má každý odlitek jeden okruh. Nabízela se otázka, jaké průtočné množství chladicího média použít, aby bylo dosaženo požadovaného zkrácení výrobního cyklu a zároveň aby se nezhoršila vnitřní kvalita odlitku. V první řadě bylo potřeba stanovit limity průtočného množství pro jednotlivé okruhy, které lze prakticky zajistit. Nejvyšší průtočné množství, které je možné ve slévárně technicky dosáhnout pro jeden okruh chlazení, je 70 l/h. Průtoky, které byly v optimalizaci uvažovány, jsou uvedeny v tab. I. Na základě těchto vstupních parametrů software MAGMA5 navrhl všechny možné kombinace průtočných množství. Byly tedy simulovány všechny kombinace různých průtoků chladicího média a také možnosti, kdy byly aktivní pouze horní kanály nebo pouze spodní okruhy. Celkově bylo softwarem vytvořeno 32 kombinací, které SW následně automaticky odsimuloval a vyhodnotil. Vyhodnocení optimalizace Automatické vyhodnocení znamená, že software provedl statistické vyhodnocení všech propočtených návrhů na základě požadovaných cílů. Tyto cíle jsou matematicky vyjádřené požadavky, které do optimalizace vstupují od uživatele, a na druhé straně ty, které jsou výsledkem optimalizace. V tomto případě byly stanoveny dva cíle. Prvním bylo zkrácení délky výrobního cyklu alespoň o 150 s. Druhým cílem bylo udržet vnitřní kvalitu odlitku minimálně na stejné úrovni, event. ji zlepšit. V prvním kroku je třeba ověřit, jak intenzivně jednotlivé parametry ovlivňují zvolené cíle. Vyhodnocení vlivů je provedeno pomocí matice (obr. 6), která je automaticky sestavena softwarem MAGMA 5. Nejdříve byl posuzován vliv průtočného množství chladicího média v horních kanálech. Z matice vyplývá, že čím vyšší průtočné množství média je použito, tím kratší bude výrobní cyklus. Zvyšující se průtok média v horních kanálech má také pozitivní vliv na snížení výskytu ředin v odlitku, avšak tato závislost platí do hodnoty průtoku 50 l/h. Při vyšším průtoku už je znatelná mírně zhoršující se tendence výskytu ředin. Proto není vhodné aplikovat hodnoty nastavení vyšší než 50 l/h. U chladicího okruhu ve spodní polovině formy je také patrný pozitivní vliv na zkrácení délky výrobního cyklu. Nejintenzivnější zkrácení cyklu je mezi variantami, kde spodní kanál použit nebyl a kde byl uvažován minimální průtok média 20 l/h. Další zvyšování průtočného množství nemá tak výrazný efekt. Aktivace spodního okruhu má výrazně negativní vliv na výskyt ředin v odlitku, což je nežádoucí. To znamená, že spodní chladicí okruh nebude do výroby aplikován. Obr. 7 ukazuje graf popisující závislost mezi délkou výrobního

228

S l é vá re ns t v í . L X V . č e r v e n e c– s r p e n 2017 . 7– 8

Tab. I. Uvažované průtoky v chladicích okruzích Horní část kanál 3 kanál 4 kanál 5 kanál 6 spodní část kanál 1 kanál 2

10 10

20 20

uvažované průtoky [l/h] 30 40 50 60 30 40 50 60

10 20 30 10 20 30 uvažované průtoky [l/h] 20 30 40 20 30 40

40 40

50 50

60 60

70 70 70 70

cyklu a množstvím mikropórovitosti v odlitku. Modré značky reprezentují návrhy, u kterých se počítá s využitím spodního chladicího okruhu. Červené značky jsou návrhy, kde je aktivní pouze horní chladicí okruh. Z grafu je vidět pozitivní vliv spodního okruhu na zkrácení výrobního cyklu (modré body jsou v grafu více nalevo), ale také výrazně negativní vliv na přítomnost mikropórovitosti v odlitku. Pro nalezení optimálních poměrů mezi mikropórovitostí a zkrácením výrobního cyklu poslouží spojnicový diagram (obr. 8), který pro každou variantu spojuje dané nastavení parametrů a výsledné hodnoty zvolených cílů. Po eliminaci variant, které nesplňovaly požadavky, zůstaly ve spojnicovém diagramu tři návrhy. Tyto návrhy počítají s aplikací pouze horních chladicích kanálů a průtoky v těchto kanálech se pohybují v rozmezí od 30 do 50 l/h. Při použití průtoku 50 l/h se dá dosáhnout požadovaného zkrácení cyklu o cca 150 s oproti výchozí technologii. V tomto případě znamenalo zkrácení doby, po kterou je forma uzavřena, z původních 460 s na 310 s. V případě průtoků 30 a 40 l/h lze dosáhnout zkrácení cyklu o 130 s a doba uzavření formy je 330 s. Z ávě r Nejdůležitějším cílem této případové studie je dlouhodobá praktická verifikace teoretického výsledku ze simulace procesu. Ověření dokazuje, že numerická optimalizace vyhodnotila vstupní parametry korektně a doporučila skutečně ideální variantu. Výsledkem celého snažení je zkrácení celkového času licího cyklu v řádu desítek procent. Srovnání původní technologie odlévání bez vodního chlazení formy s nově nastavenou technologií s použitím optimalizovaného chlazení znázorňuje obr. 9. Důležité je zdůraznit skutečnost, že nebyl výrazně změněn žádný další výrobní parametr a rovněž byla zachována vnitřní kvalita odlitku včetně dostatečné stability výroby, což dokladuje obr. 10. Díky těmto poznatkům si společnost BENEŠ a LÁT, a. s., ověřila, že simulační software se nemusí využívat pouze k predikci a řešení vad odlitků, ale je možné ho využít i jako pomocníka při optimalizaci výrobního procesu, a tím snižovat náklady na výrobu odlitku a zároveň zvýšit výrobní kapacitu strojů. Tato případová studie je důkazem, že zvolený přístup k řešení byl správný. V rámci dalšího rozvoje se slévárna BENEŠ a LÁT bude věnovat plošně optimalizaci podobných projektů za použití tohoto simulačního nástroje. L i t e ra t u ra [1] Interní materiály společnosti BENEŠ a LÁT, a. s. [2] Interní materiály společnosti MAGMA Giessereitechnologie GmbH. Předneseno na 7. Holečkově konferenci, 22.–23. 3. 2017, Orea hotel Devět skal, Sněžné-Milovy.

Profile for INA SPORT spol. s r.o.

Slevarenstvi 7 8 2017  

Slevarenstvi 7 8 2017  

Profile for inasport