За более чем полвека работы объединения "Ливгидромаш" (г. Ливны Орловской обл.) насосы, выпускаемые этим предприятием, нашли применение в энергетике, водоснабжении, на речном и морском транспорте, в оборудовании для добычи и транспортировки нефти – список можно продолжать и продолжать. Большая номенклатура выпускаемых насосов (более 300 типоразмеров) требует освоения новых видов продукции и совершенствования существующих технологий. На предприятии внедрена новая система качества, продукция "Ливгидромаша" вышла на мировой рынок – в связи с этим было принято решение о переходе на современные средства автоматизации производства.
Что выбрать?
На сегодня в мире известно более десятка систем автоматизированного моделирования литейных процессов (САМ ЛП), серьезно различающихся как функциональными возможностями, так и стоимостью (от 15 до 70 тысяч долларов).
Выбрать оптимальное программное обеспечение оказалось задачей не из простых – к искомой системе предъявлялись серьезные требования:
- импорт моделей из популярных систем трехмерного моделирования;
- моделирование основных методов литья: литье в землю, кокиль, литье по выплавляемым моделям, под давлением (на предприятии применяются все эти методы литья);
- моделирование процесса заполнения формы жидким расплавом;
- выявление литейных дефектов (усадка, включение шлака, размыв формы и т.д.);
- показ распределения температурно-фазовых полей;
- удобный и понятный интерфейс;
- русский язык меню и диалогов.
После обстоятельного знакомства с существующими системами количество возможных вариантов сократилось до трех: российские разработки Poligon, LVMFlow и немецкая программа Magma. К обсуждению были приглашены специалисты воронежского филиала компании Consistent Software.
Наиболее весомые аргументы, в конечном счете и определившие выбор, были представлены в пользу САМ ЛП LVMFlow (разработчик – НПО МКМ, г. Ижевск):
- более чем умеренная (особенно в сравнении с зарубежными аналогами) стоимость программного пакета;
- высокая степень совпадения результатов моделирования и натурных испытаний;
- использование в расчете метода конечных разностей, что позволяет сократить время подготовки моделей и не требует от технологов специальной подготовки;
- простота использования, русскоязычный интерфейс;
- поддержка основных форматов импорта трехмерных моделей;
- высококачественная визуализация полученных результатов.
Перед специалистами Consistent Software Воронеж была поставлена задача выполнить пробное моделирование корпуса насоса массой 25 кг из стали 12Х18Н9ТЛ литьем "в землю". Расчет проводился в модуле "Полная задача": выполнено заполнение формы расплавом и последующее затвердевание (рис. 1). Выявленные дефекты усадочной природы полностью подтвердились на опытных отливках.
Следующим этапом стала опытная эксплуатация LVMFlow: после двухдневного обучения в воронежском представительстве Consistent Software технологи "Ливгидромаша" приступили к самостоятельному моделированию.
За один месяц опытно-промышленной эксплуатации технологи литейщики провели успешное моделирование отливки с различными вариантами литниково-питающей системы. Применение САМ ЛП LVMFlow позволило без натурных испытаний оптимизировать литниково-питающую систему, существенно сократить сроки внедрения новых изделий и снизить себестоимость готовой продукции.
Проследим этапы моделирования на примере отливки "Корпус насоса».
Первый этап
Для выявления мест, подверженных дефектам усадочной природы, в модуле "Полная задача" выполнено моделирование отливки действующего корпуса – с учетом заполнения формы расплавом. Компьютерный расчет показал наличие усадочных раковин (рис. 2) в межфланцевом пространстве (1), сальниковой части (2), бобышках (3) и наверху бобышки квадратного сечения (4). При сравнении полученной картины дефектов с темплетом все эти дефекты действительно обнаружились в отливке.
Второй этап
После увеличения высоты питателя (до 18 мм) сократились размеры усадочной раковины 1. Для исправления усадочной раковины 3 добавлены четыре бобышки радиусом 13 мм и высотой 36 мм, которые по результатам расчета не дали желаемого результата.
Стоимость работ по изготовлению опытной партии составила на этом этапе 5643,35 руб.
Третий этап
Для устранения усадочной раковины 1 питатель был дополнительно увеличен до высоты 45 мм, благодаря чему усадочные дефекты значительно уменьшились. Добавление сферической прибыли позволило вывести из тела отливки раковину 2, а размеры раковины 4 сократились после того как была удалена бобышка и добавлена закрытая прибыль квадратного сечения высотой 53 мм.
Четвертый этап
Закрытая прибыль изменена на открытую квадратного сечения, что позволило полностью удалить раковину 4 (рис. 3).
На четвертом этапе стоимость работ по изготовлению опытной партии составила 5296,78 рублей.
Пятый этап
Для удаления усадочной раковины 3 (рис. 3) добавлены открытые прибыли круглого сечения, что привело к нежелательному выводу раковины непосредственно в область сверления отверстий. Стоимость работ по изготовлению опытной партии на этом этапе составила 5796,77 руб.
Выводы
Результаты моделирования показали, что наиболее экономически выгодным оказался четвертый вариант отливки, позволивший получить отливку с минимальными усадочными раковинами и сэкономить 1,026 кг металла. Кроме того, были получены необходимые данные по распределению шлаковых включений в отливке, давлению, скорости охлаждения, распределению температур в форме, времени затвердевания различных узлов. Показатели, характеризующие экономический эффект от использования LVMFlow, представлены в таблице 2.
Экономический эффект составил 27 292,53 рублей: при работе с программой не понадобились доводка модельной оснастки, отливка и механообработка детали. К процессу отработки технологии был привлечен только один технолог.
Процесс компьютерного моделирования занял 6 дней, тогда как изготовление одной опытной партии отливок требует 9-10 дней. В сравнении с обычным процессом изготовления опытной партии время отработки технологии сократилось в 8-9 раз.
