Analýza licího cyklu technologie lití pod tlakem



Podobné dokumenty
NUMERICKÁ OPTIMALIZACE PROCESU ODLÉVÁNÍ INGOTŮ

ANALÝZA PRASKAVOSTI A ZALAMOVÁNÍ HRAN TLAKOVĚ LITÉHO ODLITKU Z AL SLITINY PŘI APRETACI

Opakovací maturitní okruhy z předmětu KONSTRUKCE VÝROBKŮ, FOREM A STROJNÍHO ZAŘÍZENÍ

Výroba, oprava a montáž vstřikovací formy

Jet cooling. Představení Příklady použití Účinnost oproti jiným technologiím Nový vývoj

Popis softwaru VISI Flow

VSTUPNÍ DATA NUMERICKÉ SIMULACE

Technologičnost konstrukce

IMPROVED PROPERTIES DIE CASTING APPLICATIONS

Mgr. Ladislav Blahuta

PŘÍLOHA KE KAPITOLE 12

Praktické poznatky z využití lisovaných filtrů Pyral 15 při filtraci hliníkových odlitků

Problematika filtrace odlitků. Petr Procházka, Keramtech s.r.o. Žacléř

PROJEKT II kz

ZÁSADNÍ POZNATKY Z ODLÉVÁNÍ JAKOSTI 19312

INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka - AutoSympo a Kolokvium Božek 2. a , Roztoky -

Použití. Části formy V 0,9. Části nástroje. Matrice Podpěrné nástroje, držáky matric, pouzdra, lisovací podložky,

STROJÍRENSKÁ TECHNOLOGIE PŘEDNÁŠKA 7

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta strojní, Ústav techniky prostředí. Protokol

Sypaná hráz výpočet ustáleného proudění

Digitální prototyp při vstřikování plastů II

POČÍTAČOVÁ SIMULACE PLNĚNÍ DUTINY VSTŘIKOVACÍ FORMY SVOČ FST 2015

Návrhy a výpočty. Barbora Bryksí Stunová Ústav strojírenské technologie Fakulta strojní, ČVUT v Praze

Základy tvorby výpočtového modelu

Návrh řešení a eliminace deformací u tlakově litých rámů bezpečnostních interkomů ze slitiny zinku

LITÍ DO PÍSKU (NETRVALÁ FORMA)

LITÍ POD TLAKEM. Slévárenství

Rozsah průmyslového výzkumu a vývoje Etapa 9 Systém kontroly povrchových vad

Slévání. Ruční výroba forem. Pomůcky pro výrobu formy:

Zadavatel: Hella Autotechnik, s.r.o. Družstevní 338/ Mohelnice

Rozvoj tepla v betonových konstrukcích

HLINÍK A JEHO SLITINY

ZPRÁVA O OVĚŘENÍ TECHNOLOGIE

KOMORA S TERMOREGULACÍ

Ing. Hana Ilkivová Hotelová škola, Obchodní akademie a Střední průmyslová škola, Benešovo náměstí 1., příspěvková organizace

CFD SIMULACE VE VOŠTINOVÉM KANÁLU CHLADIČE

Funkční vzorek průmyslového motoru pro provoz na rostlinný olej

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

Zada nı bakala r ske pra ce

DSB EURO s.r.o. PRAKTICKÉ POZNATKY Z VYUŽITÍ FILTRAČNÍCH SESTAV FY KERAMTECH PŘI FILTRACI STŘEDNĚ TĚŽKÝCH ODLITKŮ. P.Procházka, P.

APLIKACE SIMULAČNÍHO PROGRAMU ANSYS PRO VÝUKU MIKROELEKTROTECHNICKÝCH TECHNOLOGIÍ

Tento dokument vznikl v rámci projektu Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Registrační číslo: CZ.1.07/1.5.00/

Puigmal, s/n Polígon Industrial St Isidre E St Fruitós de Bages (Barcelona) Tel.: Fax:

Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka - Kolokvium Božek 2010, Praha

ÚSTAV STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE SLÉVÁRENSKÁ TECHNOLOGIE


OPTIMALIZACE PROVOZU OTOPNÉ SOUSTAVY BUDOVY PRO VZDĚLÁVÁNÍ PO JEJÍ REKONSTRUKCI

VISI ve TVARu Pardubice

Vývoj použití materiálů v automobilovém průmyslu

Tomáš Raiskup Západočeská univerzita v Plzni Univerzitní 8, Plzeň Česká republika

Technické údaje LA 60TUR+

Technická dokumentace Bc. Lukáš Procházka

Pístové spalovací motory-pevné části

NUMERICKÁ SIMULACE PROCESU VYSOKOTLAKÉHO LITÍ SLITINY HLINÍKU

STŘEDNÍ PRŮMYSLOVÁ ŠKOLA, Praha 10, Na Tř ebešíně 2299 p ř íspě vková organizace zř ízená HMP

NÁVRH VSTŘIKOVACÍ FORMY S TEPLOU VTOKOVOU SOUSTAVOU SVOČ FST 2015

STUDENTSKÉ PRÁCE 2013/2014

VSTŘIKOVACÍ FORMY 1. vtoková soustava

MECHANICKÉ PŘEVODOVKY S KONSTANTNÍM PŘEVODOVÝM POMĚREM

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka - AutoSympo a Kolokvium Božek 11. a , Roztoky-

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

Tomáš Syka Komořanská 3118, Most Česká republika

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta strojní, Ústav techniky prostředí. Protokol

VÝPOČET RELATIVNÍCH POSUVŮ TURBINY

MĚŘENÍ TEPLOTNÍHO POLE UVNITŘ SPALOVACÍ KOTLE

vlastností odlitků, zvláště pak na únavovou životnost. Jejich vliv Cena opravných prací těchto vad (připečeniny, zapečeniny) je

Problematika technologičnosti konstrukce a výroby velkých odlitků raznic

VIBEX Uživatelská příručka

Software pro modelování chování systému tlakové kanalizační sítě Popis metodiky a ukázka aplikace

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ Slévárenství

TECHNOLOGIE OHREVU PÁNVÍ NA VOD A JEJÍ PRÍNOSY TECHNOLOGY OF HEATING OF VOD LADLES AND ITS BENEFITS. Milan Cieslar a Jirí Dokoupil b

STUDENÉ A ŽIVÉ VTOKOVÉ SYSTÉMY

Materiály pro stavbu rámů

TECHNOLOGIE I (slévání a svařování)

1. Úvod do problematiky - motivace. 2. Mechanické provedení termostatu

Optimalizace proudění vzduchu pro boční chladicí jednotky CoolTeg Plus

Program for Gas Flow Simulation in Unhinged Material Program pro simulaci proudění plynu v rozrušeném materiálu

OPTIMALIZACE POHONNÉ JEDNOTY PRO VŮZ FORMULA STUDENT SVOČ FST 2018

Otázky pro Státní závěrečné zkoušky

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Kalení Pomocí laserového paprsku je možné rychle a kvalitně tepelně zušlechtit povrch materiálu až do hloubek v jednotkách milimetrů.

Snižování hlukové emise moderní automobilové převodovky. Prezentace: Pojednání ke státní doktorské zkoušce Ing. Milan Klapka

Technické údaje SI 130TUR+

Proudění vzduchu v chladícím kanálu ventilátoru lokomotivy

FUNKČNÍ VZOREK PĚTIPAPRSKOVÝ ULTRAZVUKOVÝ PRŮTOKOMĚR UC10.0

Odlévání do kovových forem

Numerická simulace přestupu tepla v segmentu výměníku tepla

VUT EBEC2017 Projekt. Wiping Turn Indicator Audi TT

APC (Adaptive Process Control) Stabilizuje Vaše procesy a maximalizuje zisky. Engineering Passion

Racionalizace licích cyklů ve slévárně POLAK s.r.o.

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka - AutoSympo a Kolokvium Božek až , Roztoky -

Jménem výboru odborné sekce Hydraulika a Pneumatika Vás vítá na semináři Tlakové zásobníky a chladiče pro hydrauliku.

POTŘEBA TEPLA NA VYT vs. TV REKUPERACE TEPLA ZÁSADY NÁVRHU INŽENÝRSKÝCH SÍTÍ

Ústav automobilního a dopravního inženýrství PODPORA CVIČENÍ. Ing. Jan Vančura Ústav automobilního a dopravního inženýrství FSI VUTBR

mezinárodní konference 60 LET PRO JADERNOU ENERGETIKU 60 let jaderného průmyslu a 65 let vysokého technického školství v Plzni

POPIS VYNÁLEZU K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ. (Bl) ( 1 ) о») (51) Int Cl.' G 21 С 19/04. (75) Autor vynálezu

Příspěvek do konference STČ 2008: Numerické modelování obtékání profilu NACA 0012 dvěma nemísitelnými tekutinami

VŠB Technical University of Ostrava, Faculty of Mechanical engineering, 17. Listopadu 15, Ostrava Poruba, Czech Republic

Komponenty VZT rozvodů

Transkript:

Fakulta strojní ČVUT Ú, 12133 Ústav strojírenské technologie Analýza licího cyklu technologie lití pod tlakem Lukáš Kupec, Ing. Aleš Herman PhD. Abstrakt Příspěvek popisuje analýzu odlitku z Al slitiny, použítí počítačové simulace teplotních polí a plnícího cyklu následně pak použití termokamery k validaci simulace. Klíčová slova Simulace odlitku, termografie, teplotní pole, tlakové lití, hliníkové slitiny

1. Úvod Tlakové lití hliníkových slitin je jedna z nejproduktivnějších technologií pro výrobu tenkostěnných hliníkových dílů v hromadných sériích, proto se používá nejvíce v automobilovém průmyslu (bloky motoru, skříně převodovek, diferenciálů ). Spolu s vysokou produktivitou může oproti jiným technologiím nabídnout vysokou přesnost, velmi dobrou kvalitu povrchu, jemnozrnnou strukturu bez ředin s dobrými mech. vlastnostmi. Je bezpodmínečně nutné, aby proces lití byl dokonale zvládnut, neboť u velkých objemů výroby se každá úspora a zlepšení parametrů velice promítne do celkové ekonomické bilance. Pro lepší zvládnutí licího procesu se používá moderní techniky simulace pomocí specializovaného programu, která při dnešní míře zapojení výpočetní techniky je přímou a nedílnou součástí výrobního cyklu. Stanovené cíle této práce byly jasné provést analýzu plnění a tepleného namáhání jak formy, tak odlitku a doporučit kroky k optimalizaci celé technologie. 2. Popis výchozí situace Objektem analýzy je v tomto případě olejová vana spalovacího motoru pro automobily třídy mini vyráběné v České republice. Materiál odlitku je hliníková slitina ČSN 424339. Pro simulaci byla data poskytnuta jako 3D model v univerzálním formátu STEP, se kterým je možno pracovat v naprosté většině moderních parametrických modelářů. Před zahájením samotné simulace bylo nutno zajistit validitu dat, tak aby exportovaná data bylo možno načíst v samotném simulačním programu. K úpravě 3D modelu byl použit parametrický modelář CATIA v5 Obr. 2.1. Obr. 2.1. Model odlitku (Catia V5)

Podle výrobních výkresů formy byly posléze namodelovány i chladící kanály a poté naimportovány do sestavy Obr. 2.2. Obr. 2.2 Model odlitku s chladícími kanály (Catia V5) V další fázi bylo nutno upravit modely chladících kanálů pro zvýšení efektivity práce v NovaCast&Flow, kdy kanály kruhového průřezu byly nahrazeny kanály čtvercového průřezu o hraně 1,5mm. Tento rozměr vyšel z limitů programu NovaCast&Flow(viz dále). 3D modely v této podobě byly pak exportovány ve formátu STL a načteny v simulačním programu. Prvním krokem ke spuštění simulace je vytvoření výpočetní sítě NovaCast&Flow používá FDM a zasíťování provádí krychlemi. Jako rozumný kompromis mezi rychlostí simulace, přesností (nejhrubší možné nastavení sítě je takové, kdy nejtenčí místo odlitku je tvořeno dvěma buňkami - krychličkami) a HW možnostmi byla zvolena velikost hrany 1,4mm (při volbě hrany 1,5mm by nebyly načteny všechny elementy chladících kanálů, proto je nutné volit hranu kratší tj. síť je jemnější a výsledek přesnější). Dále je nutno nastavit parametry modelů v případě lití pod tlakem se jedná o plochu a polohu patrony a plochu a polohu výfuků, materiál formy a materiál odlitku. Z procesních parametrů je nutno nastavit počáteční teplotu, průtok a typ chladícího média v jednotlivých kanálech, teplotu taveniny na vstupu do formy, počáteční teplotu formy, parametry ostřiku a ofuku formy a nakonec parametry vstřikování. Po nastavení všech těchto parametrů je možno nastavit typ simulace, zda je požadován výpočet teplotního pole nebo výpočet plnění formy. Pro nejpřesnější analýzu se jeví nejlepší

nechat předem daný počet cyklů provádět výpočet teplotního pole až do doby jeho ustálení a pak provést výpočet plnění. V takovém případě se bude jednat o výpočet nejbližší realitě, neboť i ve skutečném případě tlakového lití se několik prvních odlitků automaticky považuje za zmetky z důvodu neustáleného teplotního pole ve formě, které vede k nestejnému plnění formy a tedy i k nestejným výsledkům. Proto simulace olejové vany byla spuštěna jako devět cyklů pro výpočet teplotního pole a poté pro jeden cyklus plnění. I přes relativní jednoduchost odlitku a chladícího systému trval výpočet 5dní, což je dáno celkem malou velikostí buňky sítě a z toho vyplývající náročností na výpočet. Ověření správnosti simulace proběhlo přímo ve slévárně pomocí termokamery Goratec TVS700, kdy byla porovnána data ze simulace s reálně naměřenými údaji termokamerou. 3. Analýza plnění formy Důvodem analýzy plnění je snaha odstranit problémy vznikající z nedokonalé vtokové soustavy a tím pádem i z nedokonalého proudění taveniny ve formě, což může vést k vadám jako jsou studené spoje, pórovitost atd. První a evidentní problém je nedokonalá vtoková soustava - po naplnění patrony dojde k postupnému a nerovnoměrnému plnění dutiny formy viz Obr. 3.1 Obr. 3.1. Plnění formy (NovaFlow&Solid) Takovýto způsob plnění může zvyšovat výskyt celé řady vad odlitku (pórovitost ale i studené spoje), proto je nevhodný a je nutné ho odstranit. Po konzultaci se zadavatelem bylo rozhodnuto neměnit polohu patrony, ale pokusit se upravit tvar vtokové soustavy tak, aby bylo dosáhnuto rovnoměrnějšího a lepšího plnění (viz dále)

Výpočet nové vtokové soustavy je velice komplexní záležitost, proto bude proveden podle manuálu NADCA, zabývajícím se výhradně vtokovými soustavami tlakově litých odlitků. Výsledek bude ověřen opět pomocí simulace v programu NovaFlow&Solid Dalším kritický místem je průběh plnění dna vany Obr. 3.2. nedochází k postupnému plnění, ale k stoku taveniny na několika místech, což samo o sobě může vést k vadám odlitku (studené spoje). Zadavatel si je tohoto problému vědom (výstupní kontrola ověřuje odlitky na (ne)přítomnost studených spojů), byl upozorněn na další kritická místa na odlitku. Obr. 3.2. Kritické místo na spodní hraně vybrání (NovaFlow&Solid) V další fázi plnění se objeví podobný případ studených spojů, ale větších rozměrů viz Obr. 3.3.

Obr. 3.3 Kritické místo na dně olejové vany (NovaFlow&Solid) Řešení problémů s plněním tedy bude částečně nová vtoková soustava schéma viz Obr. 3.4., jejíž funkčnost bude ověřena simulací a po skončení životnosti formy používané v současné době pak i na reálné součásti vyrobené na upravené formě, pokud by výsledky simulace byly optimální. Obr. 3.4 Modifikace vtokové soustavy

4. Analýza teplotních polí Analýzou teplotních polí je možno odhalit kritická místa nadměrného teplotního spádu, která výrazně ovlivňují životnost formy, ale i místa se zvýšeným mechanickým namáháním odlitku, kde může docházet k trhlinám a nebo prasklinám. Dle informací zadavatele se během poslední doby začaly objevovat praskliny/trhliny na vrchní hraně příruby v místě demontážního otvoru viz Obr. 4.1. Obr. 4.1 Místo praskliny odlitku demontážní otvor Při zobrazení teplotního pole tohoto kritického místa v čase po naplnění formy Obr. 4.2., je vidět, že teplotní pokles je velmi prudký, dosahuje hodnot až 150 C/cm, což může vyvolávat obrovská pnutí mezi tuhnoucím odlitkem a formou. Pokud se zaměříme pouze na odlitek, je vidět, že teplotní spád dosahuje až 120 C/cm, středová část obruby je stále relativně horká (520 C), ale okraj demontážní plochy je již ochlazen na teplotu podstatně nižší (400 C). Teplé jádro si udržuje svou relativně vyšší teplotu v porovnání s okrajem až do dosažení 300 C, kdy se rozdíly teplot blíží 40 C a tedy již nepředstavují vážnější problém. K odstranění tohoto problému, bylo přímo na místě u zadavatele doporučeno upravit nastavení chladícího systému tak, aby teplotní pole bylo vyrovnanější, což následně vedlo k menším rozdílům teplot a snížení pnutí. Podle informací od zadavatele bylo toto opatření realizováno ještě ten den a počet zmetků se snížil. V současné době probíhá výroba statisticky významnějšího vzorku a paralelně s tím simulace této modifikace chlazení, aby byla námi doporučená úprava ověřena i výpočetně.

Obr. 4.2. Teplotní pole po naplnění formy řez kritickým místem Pro ověření tohoto místa jako kritického byly výsledky simulace porovnány s měřením termokamerou viz Obr. 4.3, kde je jasně vidět teplotní uzel formy vzniklý v místě praskliny odlitku. Při porovnání teplot v daném místě získané simulací (288,6 C) a termokamerou (274,1 C) je konstatovat, že výsledky si odpovídají, teplotní rozdíl cca 15 C je v rámci chyby měření přijatelný (měření termokamerou bylo prováděno během normálního výrobního cyklu stroje, přístup k formě byl tedy velice omezen a měření mohlo být provedeno pouze skrz okénka) Obr. 4.3. Snímek termokamerou kritický bod A (teplota 274,1 C) 5. Shrnutí analýzy a závěr Z výsledku simulace plnění vyplývá že existují nedostatky ve vtokové soustavě a v chladícím systému. Jednoduchou úpravou chladícího systému však bylo dosaženo zvýšené

kvality a snížení zmetkovitosti; problém vtokové soustavy je však komplexnější a je tedy nutno modifikovat soustavu, tak jak bylo naznačeno v kap. 3. Pokud budou výsledky simulace příznivé, bude přistoupeno k ověření na reálné formě, tak aby bylo možno poznatky získané touto prací reflektovat ve výrobě. Simulace umožňují kompletně nový pohled na děje ve formě, během jejího plnění a chladnutí. Díky poznatkům získaných simulací bylo možno v relativně krátké době zvýšit kvalitu odlitků, což samozřejmě vedlo ke zvýšení rentability celého projektu. Proto je v moderních slévárnách při lití komplikovanějších dílů prakticky vždy nejprve provedena simulace, což snižuje náklady slévárny a umožňuje tak dosažení lepších ekonomických výsledků. Seznam použité literatury [1] PLACHÝ J. NĚMEC M. - BEDNÁŘ B.: Teorie slévání, Praha: Vydavatelství ČVUT, 2002, ISBN 80-01_02471 [2] NOVOTNÝ J. et al.: Technologie I., Praha: Vydavatelství ČVUT, 2001, ISBN 80-01-02351-6 [3] North Američan Die Casting Association: Gating Manual, Wheeling: NADCA, 2006