Возможности СКМ ЛП «ПолигонСофт»

Работа с геометрией любой сложности

«ПолигонСофт» работает с моделью литейного блока и формы любой сложности, состоящей из множества элементов произвольной формы. Холодильники, стержни, песчаная или керамическая форма, теплоизолирующие и экзотермические материалы и металлургическое оборудование в той или иной степени могут влиять на качество отливки и должны участвовать в расчете.

Модель отливки «Корпус» с холодильникамии кокилем, подготовленная к расчету (ОАО «ААК “Прогресс” им. Н.И. Сазыкина»)

«ПолигонСофт» использует современный и точный метод конечных элементов, чтобы площадь поверхности и объем модели фасонной отливки максимально соответствовали оригиналу. Генератор конечно-элементных сеток на платформе SALOME поставляется в комплекте и позволяет гибко и просто управлять процессом создания сеточной модели для расчета. Пользователь сам решает, где необходима лучшая детализация, а где для оптимального использования ресурсов компьютера можно применять более грубую сетку.

При литье по выплавляемым моделям керамическая форма имеет геометрию, которая зависит от толщины и формы поверхности восковой мастер-модели. Собственный генератор оболочек позволит без предварительных построений в CAD-системе создать сеточную модель керамической формы с заданной толщиной. Подобным способом могут быть сформированы несложные элементы: крышки, футеровка, теплоизоляционные и экзотермические смеси и т.д.

Керамическая форма, автоматически созданная в препроцессоре «ПолигонСофт» (ООО «СКБТ»)

Встроенные средства контроля качества и редактирования конечно-элементной модели позволяют оперативно работать с сеткой, не прибегая к ее перестроению в сеточном генераторе.Проверка качества сетки по заданным параметрам выявит элементы с критическими углами или неправильной формой и исправит либо удалит их.
Специальные инструменты анализируют геометрию на наличие тонких стенок и локально измельчают сетку, чтобы повысить точность расчета.

Локальное измельчение сетки в препроцессоре «Мастер»:
а) исходная сетка;
б) после локального измельчения

Заполнение формы расплавом

Современный и мощный решатель течения «Эйлер» моделирует заполнение формы расплавом так, как это происходит в литейном цехе:

из поворотного или стопорного ковша;
в один или несколько стояков;
с доливом в стояк или прибыли;
с постоянной или переменной скоростью течения (падение напора).

Рассчитывается падение температуры расплава при контакте со стенками формы и теплоотдаче в среду, а также выделение твердой фазы, которое может привести к остановке течения и непроливу. Специальный алгоритм позволяет исследовать работу литниковой системы, выявить ее
узкие места и найти оптимальные размеры, расположение и число питателей.

Литье в песчаную форму (ООО «КЗЭ “ДимАл”»)

Затвердевание отливки

Тепловой решатель «Фурье» выполняет расчет температурных и фазовых полей с учетом переноса тепла (теплопроводностью, конвекцией, излучением) и выделения тепла при затвердевании. На этом этапе технолог узнаёт:

как меняется температура в отливке и форме;
как происходит затвердевание отливки;
где и почему формируются тепловые узлы;
величину и распределение остаточных напряжений в отливке;
величину и распределение деформаций напряжений в отливке;
коробление отливки в целом и по осям координат;
зоны вероятных горячих и холодных трещин

Температура форм в опоке перед заливкой (Уссурийский ЛРЗ АО «Желдорреммаш»)

Теплообмен излучением

Благодаря использованию метода конечных элементов «ПолигонСофт» может решать задачи сложного радиационного теплообмена с учетом переизлучения и затенения. Это необходимо при литье в вакууме и при заливке литейных блоков-«кустов» по технологии литья по выплавляемым моделям (ЛВМ) без применения опорного наполнителя.В этих случаях расположение отливок на кусте или литейных блоков относительно друг друга может существенно влиять на картину пористости.

Моделирование ЛВМ в вакууме
(АО «ОДК» – «Салют»)

Раковины и пористость

Одно из несомненных преимуществ СКМ ЛП «ПолигонСофт» – модель усадочной макро и микропористости, которая позволяет точно прогнозировать образование дефектов, что особенно важно при изготовлении ответственных отливок (рабочие и сопловые лопатки ГТД, моноколеса, крыльчатки насосов и т.п.).Специальные алгоритмы, учитывающие капиллярный эффект и падение давления при затвердевании замкнутых тепловых узлов, позволяют более точно рассчитать картину дефектов при использовании закрытых прибылей.
На этом этапе технолог узнаёт:

форму, размеры и расположение усадочных раковин;
размеры и расположение зон макропористости;
размеры и расположение зон микропористости.

Центробежное литье

«ПолигонСофт» имеет специальные модели для анализа заполнения формы и усадочной пористости при получении отливок методом центробежного литья. Пользователь задает ось, направление и частоту вращения литейной формы.В сочетании с возможностями моделирования литья по выплавляемым моделям в вакууме «ПолигонСофт» становится незаменимым инструментом при производстве отливок из титановых сплавов.

Центробежное литье титановых отливок в керамическую форму в вакууме

Коробление и трещины

Решатель «Гук» предназначен для расчета остаточных напряжений и деформаций, возникающих в отливке в процессе остывания и взаимодействия с формой. Встроенный критерий образования трещин показывает области возможного разрушения.Специальные алгоритмы рассчитают окончательное состояние отливки после извлечения из формы и удаления литниковой системы.
Надежность и устойчивость алгоритмов позволяют использовать решатель даже для моделирования процессов термообработки (закалки в различные среды, отжиг, отпуск и т.п.) с целью определения остаточных напряжений, деформаций, коробления и возможного разрушения.

На этом этапе технолог узнаёт:

величину и распределение остаточных напряжений в отливке;
величину и распределение деформаций напряжений в отливке;
коробление отливки в целом и по осям координат;
зоны вероятных горячих и холодных трещин.

Центробежное литье титановых отливок в керамическую форму в вакууме

Циклические процессы

При некоторых способах литья (например, при литье под давлением) важно установить момент, когда форма выходит на тот температурный режим, который будет определять качество продукции. «ПолигонСофт» позволяет производить циклические расчеты и учитывать разогрев формы на предыдущих циклах, охлаждение формы при ее разъеме, установку стержней и т.д.

Контроль изменения температуры формы по циклам при ЛПД

База материалов

«ПолигонСофт» поставляется с собственной базой отечественных материалов и сплавов, в которую входят свойства многих сталей, чугунов, алюминиевых, никелевых, титановых, медных, цинковых и драгоценных сплавов. Кроме того, она содержит данные по материалам формы (песчано-глинистые, жидко-стекольные и холодно-твердеющие смеси, керамики, шамоты, асбест, дробь, теплоизоляционные и многие другие материалы, применяемые в литейном производстве).
База данных может быть отредактирована и пополнена пользователем.

Редакторы свойств материалов и граничных условий

Крупногабаритное литье

Благодаря использованию метода конечных элементов «ПолигонСофт» с успехом применяется для моделирования очень больших и при этом сравнительно тонкостенных отливок. В сочетании с возможностью использовать симметрию и многопоточные вычисления процесс моделирования занимает вполне приемлемое время. При этом задействуются вычислительные ресурсы (в первую очередь объем оперативной памяти), которые не выходят за рамки обычных офисных ПК.

Габариты: 8700х2000х2080 мм
Средняя толщина стенки: 30 мм
Расчетная модель содержит 677 700 узлов и 3 170 621 элемент

Отливка «Рама»
(ООО Литейный завод «Петрозаводскмаш»)

Моделирование непрерывного литья

Начиная с версии 13.1, СКМ ЛП «ПолигонСофт» может использовать для моделирования конечно-элементные модели с несовпадающими сетками. Это не только упрощает процесс подготовки модели к расчету, но и позволяет задавать «скользящие» контакты типа «отливка-форма», «форма-форма» и «отливка-отливка» при взаимном перемещении геометрических объектов. Новые возможности позволяют рассматривать задачи непрерывного литья — в частности, моделировать начальную стадию процесса: вытягивание слитка. Моделируются условия предпусковой выдержки и протяжка с охлаждением металла в кристаллизаторе, в охлаждающей среде ниже кристаллизатора и затем на воздухе.

Промежуточный момент технологического процесса. Визуализация зон динамической среды, характеризующих тепловой режим разных частей системы:

белые слои сверху – содержание металла в условной ванне;
синие слои снизу – зоны вторичного охлаждения

Детализация тепловой картины в зоне кристаллизатора

Температура в системе на момент завершения предпусковой выдержки

Детализация тепловой картины в зоне кристаллизатора

Изготовление крупных слитков

«ПолигонСофт» применяется при моделировании процессов формирования крупных стальных кузнечных слитков. Такие слитки массой от 100 до 500 тонн используются в качестве заготовок для изготовления роторов турбин, прокатных валков, валов для установки судовых гребных винтов. Поскольку продолжительность их заливки может достигать одного часа, а продолжительность кристаллизации – десятков часов, становится принципиальным точное моделирование теплопередачи между отливкой и формой. Метод конечных элементов позволяет располагать узлы сетки непосредственно на границе раздела тел, что в сочетании с использованием совпадающих сеток отливки и формы минимизирует погрешность и позволяет с высокой точностью рассчитать процесс остывания слитка.

Конечно-элементная модель слитка массой 142 т, представленная в препроцессоре «Мастер-3D»

Компания CSoft Development приняла участие в научно-исследовательской работе, организованной компанией Siemens совместно с АО «НПО “ЦНИИТМАШ”». В ходе этой работы было проведено моделирование технологии производства двух слитков и сравнение полученных результатов с экспериментальными данными. Сравнение кривых охлаждения, полученных в СКМ ЛП «ПолигонСофт», с замерами, сделанными с помощью термопар, установленных на глубине нескольких миллиметров под поверхностью различных частей оснастки, показало хорошее согласование результатов расчета с данными эксперимента.

Моделирование в модуле «Гук-3D» склонности к возникновению трещин (опасные зоны выделены красным цветом)

Изложница должна выдерживать как можно большее количество наливов, однако длительные термические напряжения способны вызвать ее растрескивание. Поэтому исследование ее стойкости представляется весьма актуальной задачей. Анализ напряженно-деформированного состояния изложницы по критерию склонности к образованию трещин позволяет выявить расположение опасных зон и по возможности принять меры для снижения температурных напряжений в ее теле.

Изменение во времени температур в различных точках на поверхностях оснастки слитка массой 142 т в соответствии с результатами моделирования в СКМ ЛП «ПолигонСофт» (сплошные линии) и экспериментальными данными (пунктир)

Внутренние холодильники

Внутренние холодильники обычно изготавливают из того же сплава, что и отливку, и устанавливают внутрь полости формы, образующей тело отливки. При заполнении формы расплавом внутренние холодильники частично или полностью расплавляются и свариваются с основным металлом. Технологов интересует, как спроектированный холодильник влияет на тепловую картину отливки, ее кристаллизацию и насколько эффективно предотвращает возникновение усадочной пористости.
Возможность моделирования этого процесса – особенность, отличающая СКМ ЛП «ПолигонСофт» от многих подобных систем. Моделирование плавления холодильника с учетом поглощения тепла при фазовом переходе позволяет корректно спрогнозировать возникновение пористости и температурных напряжений в местах их установки.

Места установки внутренних холодильников

Плавление внутренних холодильников в отливке «Рама боковая» (ЧАО «АзовЭлектроСталь»)

Дополнительные возможности СКМ ЛП «ПолигонСофт»

СКМ ЛП «ПолигонСофт» обладает большими возможностями критериального анализа полученных результатов. С помощью модуля «Критерий-3D» можно рассчитывать и анализировать такие свойства и параметры, как структура, твердость, пригар, размыв формы, скорость охлаждения и т.п. Модуль содержит широкий набор встроенных функций, позволяющих пользователю создавать собственные критерии анализа, отвечающие конкретному производству: степени, логарифмы тригонометрические, градиенты, скорости изменения величин, поиск минимального и максимального значений и многое другое.

Расчет прочности (ОАО «Звезда»)

Критерий Ниямы

Хотя СКМ ЛП «ПолигонСофт» прогнозирует усадочную пористость, используя собственную специализированную модель, пользователь может применять модуль «Критерий-3D» для расчета критерия Ниямы. Этот безразмерный критерий, учитывающий местные тепловые условия, долгое время являлся стандартным для всех программных пакетов моделирования литья. Многие литейные
производства по всему миру до сих пор используют его для прогнозирования пористости в отливках. Литейщики, применяющие моделирование, анализируют карты значений критерия Ниямы и предполагают, что усадочная пористость будет образовываться в тех областях, где критерий
Ниямы ниже некоторой критической величины.

Прогноз усадочных дефектов в отливке: стандартная модель усадочной пористости СКМ ЛП «ПолигонСофт» (слева); критерий Ниямы, полученный с помощью модуля «Критерий-3D» (справа) (ЗАО «ПОЛЕТ-ЭЛИТА»)

Протестируйте возможности «Полигонсофт» бесплатно, получив демоверсию

Оставьте свои контакты и мы свяжемся с вами в ближайшее время