Od ideje do odlitka s pomočjo računalniške simulacije
27.08.2021
Livarstvo je še vedno ena najpomembnejših industrijskih panog, ki se ukvarja s proizvodnjo kovinskih izdelkov za vsa področja sodobnega gospodarstva. V današnji tržni ekonomiji je čas do trga (time-to-market) eden pomembnejših dejavnikov za preživetje na trgu, vendar ne smemo zanemariti kakovosti izdelkov in stabilnosti proizvodnega procesa. Številni raziskovalci so razpravljali o razmerju med mikro strukturami in mehanskimi lastnostmi litih kovin in zlitin, odkrili pa so tudi povezave med mikrostrukturo in hitrostjo strjevanja aluminijevih zlitin.
Pojav strjevanja taline z volumetričnim krčenjem vodi do najpogostejših napak pri litju, ki vključujejo usahline, upogibanje ulitkov, razpoke itd. Z iskanjem vročih con v orodju je mogoče najti potencialna območja usahlin, toda ker so ulitki vsako leto vedno bolj zapleteni, postane analitično določanje potencialnih površin usahlin ali mikrorazpok zelo težko in v mnogih primerih celo nemogoče.
»Slika 1: Ulitki u dolivnim sistemom
»Slika 2: Polnjenje vdolbine kalupa
»Slika 3: Lokacija mikrorazpok
V zadnjih letih so računalniške simulacije postopka litja v industriji postale pomembnejše zaradi nenehnih in skrbnih prizadevanj raziskovalcev, ki želijo izboljšati numerične algoritme, ki dajejo zanesljivejše rezultate in jih končni uporabniki lažje uporabljajo. V znanstvenih revijah so bile objavljene številne industrijske študije z odličnimi rezultati, žal pa so programski paketi za računalniške simulacije postopkov litja kovinskih zlitin v industriji še vedno redki.
Podjetje Ex Top d.o.o. že vrsto let proizvaja bronaste in aluminijaste ulitke. Z nenehnim vlaganjem v sodobne tehnologije so močno izboljšali kakovost ulitkov in lahko zagotavljajo zelo majhni delež odpadnih ulitkov v serijski proizvodnji. Na ozemlju Republike Hrvaške so med prvimi livarnami prepoznali kakovost Altair® Inspire™ platforme, ki jo ponuja podjetje Weiss Simulation d.o.o., in si z uporabo Inspire Cast zagotovili prednost pred konkurenti. V tej študiji primera je prikazan potek celotnega postopka od kupčeve ideje do dobavljenega prototipa odlitka, po katerem je bila potrjena serijska proizvodnja.
Prvi korak pri izdelavi novega odlitka je izdelava dolivnega sistema in določitev ustja na izdelku. Na podlagi izkušenj so tehnologi določili postavitev dolivnega sistema, dimenzije prereza dolivnih kanalov in dodali napajalnike na mesta na ulitku, kjer je največja debelina stene. Slika 1 prikazuje shematski prikaz para ulitkov s pripadajočim dolivnim sistemom in napajalniki.
Priprava simulacijskega modela v Inspire Cast je zelo preprosta in le z nekaj kliki lahko ugotovite, ali je predlagana shema kalupa zadovoljiva z vidika polnjenja votline kalupa in strjevanja taline v kalupu. V fazi oblikovanja kalupa je treba zagotoviti enakomerno polnjenje votline, kar je razvidno iz slike 2, kjer vidimo, da je votlina kalupa enakomerno napolnjena in v talini ni večjih sprememb pretoka. Kritično mesto je preliv, kjer je nenaden preskok v prerezu in na takih mestih lahko pričakujemo mikro razpoke in poroznost.
Pri preučevanju rezultatov strjevanja je bilo ugotovljeno, da so v dolivnem sistemu mikro razpoke, kar sicer ni problematično, v osrednjem delu ulitka pa so mikro razpoke, ki drastično zmanjšajo mehanske lastnosti odlitka.
»Slika 4: Odlitek v merilnem prostoru naprave Nikon XT H 255 CT
»Slika 5: Mikro razpoke v prototipnem odlitku
Pri Weiss Simulation d.o.o. so zaprosili za pomoč strokovnjake s Katedre za meroslovje, Fakultete za strojništvo in ladjedelništvo, Univerze v Zagrebu, prototipne odlitke pa so merili na merilni napravi, ki deluje na principu računalniške tomografije (CT), prikazano na sliki 4.
S pomočjo računalniške tomografije je mogoče preveriti, ali so v odlitku razpoke ali mikro razpoke in je vidno, da so rezultati, pridobljeni z Inspire Cast, ujemajo z rezultati v praksi.
Z uporabo Altair Inspire Cast dosežemo velike prihranke pri razvoju novih izdelkov. V kratkem času se pridobijo dragocene informacije, ki zagotavljajo kakovost odlitkov glede mehanskih lastnosti in estetskih lastnosti površine odlitkov. Za vsa vprašanja se obrnite na Altair® partnerja v regiji Adria, podjetje Weiss Simulation d.o.o., ki ponuja programske rešitve za numerične simulacije različnih tehnoloških procesov, med katerimi je tehnologija litja eden najpomembnejših procesov.