Технология литья под давлением и последние разработки в области литья под давлением: обзор сочинение пример

ООО "Сочинения-Про"

Ежедневно 8:00–20:00

Санкт-Петербург

Ленинский проспект, 140Ж

Сочинение на тему Технология литья под давлением и последние разработки в области литья под давлением: обзор

Аннотация

Высокопроизводительный и экономически эффективный метод, в основном используемый при производстве цветных металлов, – это технология литья под давлением (PDC).

Он широко используется при изготовлении автомобильных компонентов сложной геометрии и сложных форм и форм, которые могут быть затруднены при других традиционных производственных процессах. Статья дает представление о видах техники литья под давлением. В нем также описаны последние тенденции и разработки, сделанные в технологии литья под давлением. Численное моделирование является одним из экономически эффективных методов, используемых при оптимизации процесса литья. Обсуждаются различные методы моделирования, доступные для численного моделирования отливок. В документе также показано использование интегрированного подхода CAD / CAE и параметрического подхода к проектированию, что облегчает процесс проектирования. В исследовании, проведенном в статье, также обсуждается важность остаточных напряжений и их влияние на усталостную прочность литых компонентов. Наиболее важным инструментом операции литья под давлением является «матрица», которая состоит из полости пресс-формы, в которой расплавленный металл нагнетается под давлением для литья необходимого компонента. Причины отказа и вариант ремонта для штампов уже обсуждались. Ключевые слова – литье под давлением, численное моделирование, программное моделирование, остаточные напряжения, разрушение матрицы

Введение

Процесс литья под давлением характеризуется нагнетанием расплавленного металла под высокой скоростью и высоким давлением через сложную систему затворов и направляющих в полость пресс-формы инструмента, называемого «штамп» [1]. Полость в матрице имеет форму, которая должна быть сформирована. Процесс имеет возможность производить сложные формы с хорошей точностью размеров, чистотой поверхности и высоким выходом материала. Он широко подходит для литья цветных металлов, таких как сплавы на основе Zn, Cu, Al, Mg, Pb и Sn. В зависимости от применяемого давления процесс литья под давлением может быть двух типов, в основном литье под высоким давлением (HPDC) или литье под низким давлением (LPDC). В зависимости от используемого механизма впрыска HPDC классифицируется как процесс HPDC с горячей камерой и процесс HPDC с холодной камерой. В процессе горячей камеры инжекционный механизм размещается внутри металлической печи, где компоненты находятся в постоянном контакте с расплавленным металлом. Это обеспечивает минимальный контакт металла с воздухом, что снижает вероятность дефектов захвата газа, но сокращает срок службы компонентов. Принимая во внимание, что в процессе холодной камеры система впрыска хранится вне печи, а металл разливается с помощью ковша вручную / автоматически. Это увеличивает срок службы компонентов, но увеличивает вероятность дефектов захвата газа [2]. Почти 70% алюминиевых компонентов, которые производятся сегодня, используют HPDC [3].

HPDC наиболее широко используется в автомобильной и коммуникационной промышленности для формирования тонкостенных, сложных форм и высококачественных литых компонентов по низкой цене [4]. Было обнаружено, что ряд параметров, таких как геометрический дизайн изделия, конструкция системы литников, температура матрицы и металла, скорость потока, характер потока, тепловой поток и скорость затвердевания, влияют на качество литья под давлением [5]. Основная задача при проектировании штампа состоит в том, чтобы определить, имеет ли заключительная часть дефекты. Для моделирования процесса литья доступно несколько программных пакетов, таких как MAGMA, PROCAST и FLOW 3D, FLUENT и т. Д. Они помогают оптимизировать параметры конструкции и позволяют разработчикам быстро и точно выявлять и обнаруживать дефекты, которые позволяют изготавливать детали с более высоким качеством в более короткие сроки [6]. Оптимальная конструкция системы литников и геометрия матрицы имеют решающее значение для однородного заполнения матриц, что тесно влияет на конечное качество литых компонентов.

II. Существующие разработки в технологии литья под давлением

Численное моделирование в процессе литья под давлением

Качество отливок, полученных в процессе литья под давлением, в основном зависит от схемы заполнения используемой направляющей и системы ворот. Однородная форма заполнения формы обеспечивает хорошее качество отливок. Кроме того, несмотря на дизайн системы направляющих ворот, их правильное расположение и размер играют очень важную роль в контроле дефектов, таких как пористость и трещины. Плохая конструкция системы стробирования обычно приводит к получению отливок с дефектами, такими как газ и усадочная пористость, пробоины, холодные закрывания, неполное заполнение, линии потока и плохое качество поверхности [7]. Было доказано, что эти дефекты литья влияют на статическую и усталостную прочность литых сплавов, что ограничивает использование литых деталей в критических высокопрочных применениях [8]. Такие параметры, как форма заполнения, давление, скорость заполнения, скорость охлаждения и затвердевание, в значительной степени влияют на образование дефектов в отливках. Наиболее часто встречающимся дефектом отливок является пористость, которая очень тесно связана с параметрами процесса литья и оказывает серьезное влияние на стоимость процесса литья из-за потери лома [9]. Процесс заполнения формы представляет собой типичное двухфазное явление жидкость-газ. Взаимодействие расплавленного металла и газа в сложных кристаллизаторах играет важную роль в образовании дефектов захвата газа. Инструменты численного моделирования могут помочь в количественном прогнозировании таких дефектов [10]. Это также позволяет нам визуализировать прогрессивное охлаждение изнутри отливки во внешнюю среду. Это помогает понять изменения, которые можно внести в параметры конструкции, чтобы мы получили однородный шаблон заполнения формы и оптимизировали конструкцию. Высокая скорость заполнения, высокая температура жидкого металла, непрозрачность металлической формы и высокое давление металла создают трудности при прямой визуальной оценке процесса заполнения формы. Таким образом, дизайн и модификация системы ворот бегуна с использованием численного моделирования зависит от метода проб и ошибок.

<Р> В. Методы моделирования, доступные для численного моделирования литья под давлением

Для моделирования и анализа процесса заполнения отливок имеется ряд методов и пакетов программного обеспечения. Пакеты программ обычно основаны на сетке и используют метод объема жидкости (VOF) для отслеживания свободных поверхностей [1]. Такие методы, как метод конечных разностей (FDM), метод конечных объемов (FVM), метод конечных элементов (FEM), метод решеточных уравнений Больцмана (LBM) и гидродинамика сглаженных частиц (SPH), используются для решения основных уравнений потока жидкости при заполнении пресс-формы. обработать. К числу эйлеровых методов относятся метод Марка и ячейки (MAC), метод установки уровня, метод объема жидкости (VOF) и произвольный метод Лагранжа-Эйлера, которые используются для исследования потоков со свободной поверхностью [10]

В методе Marker and Cell (MAC) лагранжевые маркеры размещаются на интерфейсе в начальный момент времени. Поскольку интерфейс перемещается и деформируется, маркеры добавляются, удаляются и повторно подключаются по мере необходимости. Эволюция поверхности между различными жидкостями отслеживается движением маркеров в поле скоростей. Трудно поддерживать сохранение массы и определить хорошую интерполяцию поверхности в трех измерениях. Однако этот метод не страдает от численной диффузии и дает точные результаты в двух измерениях.

В методе объема жидкости (VOF) объем жидкости в каждой вычислительной ячейке представлен с помощью цветовой функции. Использование цветовых функций для представления интерфейсов делает их подверженными численной диффузии и численным колебаниям. Согласно уравнениям переноса, объемные доли обновляются, и свободные поверхности жидкости с дробным объемом должны восстанавливаться для каждого временного шага. Этот тип реконструкции сложен в трех измерениях, но из-за относительной простоты реализации и его основы в объемных долях этот метод хорошо подходит для включения другой физики и является наиболее популярным и широко используемым методом [11].

SPH – это метод Лагранжа, который не нуждается в сетке для вычисления своих пространственных производных и использует интерполяционное ядро ​​с компактным носителем для представления любой величины поля в терминах ее значений в наборе неупорядоченных точек, которые являются частицами. Вычислительная основа, на которой решаются уравнения жидкости, являются частицами потока. Информация о частицах позволяет рассчитать сглаженные приближения к физическим свойствам жидкости и дает возможность найти градиенты свойств жидкости. Этот метод применим в многомерных задачах и особенно подходит для сложных потоков жидкости из-за его лагранжевой природы. Мелкие детали, такие как форма шлейфа, частота и фаза колебаний и правильные относительные высоты всех свободных поверхностей, могут быть получены с помощью SPH.

<Р> С. Доступны программные инструменты для численного моделирования

Результаты численного моделирования могут быть проверены с использованием экспериментов с аналоговой водой или программного моделирования. Доступны различные коммерческие пакеты программного обеспечения CAE, которые облегчают моделирование и анализ процессов потока. В связи с быстрым прогрессом в области компьютерных технологий на практике во всем мире начинают использоваться различные виды конечно-элементного программного обеспечения, включая как профессиональное программное обеспечение для литья, так и программное обеспечение для общего анализа.

<Р> Д. Интеграция CAD / CAE системы литья под давлением и полуавтоматического параметрического проектирования системы ворот

В связи с растущей конкурентоспособностью и повышенным спросом со стороны рынка, конструкторы оказывают сильное влияние на уменьшение количества отливок и повышение качества, производительности и срока службы штампов. В зависимости от характеристик, таких как тип машины для литья под давлением, геометрия отливки и свойства сплава, конструкторы могут определять местоположение, форму и размеры системы ворот бегунка матрицы, используя соответствующие пакеты САПР, такие как Unigraphics, CREO Parametric, Catia и т. Д. Путем интеграции пакета CAE с CAD можно получить такие параметры, как оптимальное давление впрыска, скорость затвора, время заполнения, дефекты, связанные с процессом заливки, затвердевания и т. Д. [12].

Последние достижения включили подход параметрического проектирования в различные системы CAD / CAE. В подходе параметрического проектирования переменные размеры обрабатываются как параметры управления, которые позволяют разработчику изменять существующий дизайн, просто изменяя значения параметров. Этот подход способствует эффективному проектированию семейств деталей, чьи элементы отличаются только размерами, сокращая работу по многократному созданию деталей с нуля, поскольку можно разработать единую параметризованную модель для представления семейства деталей. В параметрическом проектировании уже создана база данных стробирующих моделей (или библиотека объектов), которая включает в себя оригинальные параметрические стробирующие модели, построенные с использованием инструмента 3D CAD. Эти модели могут быть легко извлечены из базы данных, изменены с определенными указанными параметрами и местоположениями, а затем прикреплены к детали для литья под давлением. Таким образом, подход параметрического проектирования сокращает время и облегчает и ускоряет обновление проекта [13].

<Р> Е. Остаточные напряжения в отливке и их влияние на усталость и разрушение

Нагревание неизбежно в процессе литья под давлением, а перепады температур в отливке наряду с другими условиями нагружения приводят к образованию остаточных напряжений. Это напряжения, которые остаются в отливке после выталкивания из полости формы. Формирование остаточных напряжений в отливке связано с такими причинами, как температурные градиенты из-за непрерывного нагрева и охлаждения в отливке, затруднения сжатия в форме и быстрого затвердевания формы [14]. Остаточные напряжения, если они присутствуют в литом компоненте, значительно снижают его усталостную прочность и приводят к изменениям формы и образованию трещин в отливках. Тем не менее, они могут оказывать либо улучшающее жизнь (положительное), либо уменьшающее жизнь (отрицательное) влияние, которое зависит от знака остаточного напряжения по сравнению с воздействием приложенного напряжения. Установлено, что остаточные напряжения растяжения являются наиболее опасными, поскольку при эксплуатации они приводят к возникновению и росту усталостных трещин [15]. Во время холодной фазы цикла литья под давлением эти растягивающие напряжения появляются на поверхности и приводят к локальной пластической деформации на матрице, приводящей к зарождению и росту трещины [16].

Измерение остаточного напряжения может быть выполнено либо экспериментально, либо часто с помощью комбинации моделирования с использованием передовых методов численного анализа. Оптимальная конструкция матрицы вместе с правильной механической обработкой и термообработкой может поддерживать минимальные остаточные напряжения [17]. Некоторыми наиболее распространенными методами измерения остаточных напряжений являются методы рентгеновской дифракции, сверления отверстий и разрезов. Методы дифракции рентгеновских лучей и сверления отверстий неразрушающие, но они чувствительны к микроструктуре и геометрии. Однако секционирование – это разрушительный метод, который очень подходит для измерения макронапряжений в компонентах. Знание остаточных напряжений очень важно для анализа их влияния на усталость и характеристики разрушения с целью борьбы с отказами.

III. Причины неисправности и варианты ремонта

Для изготовления штампов используются различные виды инструментальных сталей с / без обработки поверхности. Срок службы штампов и пресс-форм в промышленности улучшается благодаря своевременному ремонту поврежденных поверхностей. Степень и серьезность повреждения определяется необходимой точностью формы и размеров штампов и условий работы инструмента. Срок службы матрицы при заданной геометрии, материале и термической обработке в значительной степени зависит от параметров литья под давлением. Горячая фаза цикла создает высокие сжимающие напряжения, которые обычно замедляют зарождение и рост трещин, но являются основной причиной локальной пластической деформации. Давление наполнения дополнительно увеличивает сжимающие напряжения в штампах. Различные виды напряжений возникают в фильере во время работы, и матрицы выходят из строя, когда значение напряжения становится большим …

Поделиться сочинением
Ещё сочинения
Нет времени делать работу? Закажите!

Отправляя форму, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности и обработкой ваших персональных данных.