PŘÍSPĚVEK K ŘEŠENÍ HOMOGENITY ODLITKU. Technická univerzita v Liberci, Hálkova Liberec, ČR

Podobné dokumenty
MĚŘENÍ A MODELOVÁNÍ TEPLOTNÍCH POLÍ KOKILY S NÁTĚREM. Technická univerzita v Liberci, Háklova Liberec 1, ČR

PROJEKT II kz

TECHNOLOGIE I (slévání a svařování)

Vliv kapilární vodivosti na tepelně technické vlastnosti stavební konstrukce

ÚSTAV STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE SLÉVÁRENSKÁ TECHNOLOGIE

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŢENÝRSTVÍ cvičení 9

TERMOFYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI. Radek Vašíček

LITÍ DO PÍSKU (NETRVALÁ FORMA)

Šíření tepla. Obecnéprincipy

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŢENÝRSTVÍ cvičení 8

Technologičnost konstrukce

Výpočtové nadstavby pro CAD

U218 Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. Seminář z PHTH. 3. ročník. Fakulta strojní ČVUT v Praze

N_SFB. Stavebně fyzikální aspekty budov. Přednáška č. 3. Vysoká škola technická a ekonomická V Českých Budějovicích

OPTIMALIZACE PROVOZU OTOPNÉ SOUSTAVY BUDOVY PRO VZDĚLÁVÁNÍ PO JEJÍ REKONSTRUKCI

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

NUMERICKÝ MODEL NESTACIONÁRNÍHO PŘENOSU TEPLA V PALIVOVÉ TYČI JADERNÉHO REAKTORU VVER 1000 SVOČ FST 2014

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ Ústav materiálového inženýrství - odbor slévárenství

TERMOMECHANIKA 15. Základy přenosu tepla

Počítačová simulace tepelných procesů s využitím výpočetních MKP systémů

ODLÉVÁNÍ je způsob výroby polotovarů nebo součástí z kovů, případně jiných tavitelných materiálů.

THE APPLICATION OF MATHEMATICAL MODEL TO CALCULATE THE STABLE CLIMATE BY TERUNA SOFTWARE. Olga Navrátilová, Zdeněk Tesař, Aleš Rubina

Základy tvorby výpočtového modelu

PŘÍLOHA KE KAPITOLE 12

Technologie a procesy sušení dřeva

MODEL DYNAMICKÉHO TEPELNÉHO CHOVÁNÍ KONSTRUKČNÍCH DETAILŮ

Měřicí a řídicí technika Bakalářské studium 2007/2008. odezva. odhad chování procesu. formální matematický vztah s neznámými parametry

133PSBZ Požární spolehlivost betonových a zděných konstrukcí. Přednáška A3. ČVUT v Praze, Fakulta stavební katedra betonových a zděných konstrukcí

TE1 slévání 1 /u12133

MODELOVÁNÍ. Základní pojmy. Obecný postup vytváření induktivních modelů. Měřicí a řídicí technika magisterské studium FTOP - přednášky ZS 2009/10

Skupina oborů: Hornictví a hornická geologie, hutnictví a slévárenství (kód: 21)

VI. Nestacionární vedení tepla

SLEDOVÁNÍ AKTIVITY KYSLÍKU PŘI VÝROBĚ LITINY S KULIČKOVÝM GRAFITEM

Vysoká škola báňská- Technická univerzita Ostrava Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství

1 Zatížení konstrukcí teplotou

U218 Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. Seminář z PHTH. 3. ročník. Fakulta strojní ČVUT v Praze

Mechanika s Inventorem

Stanovení požární odolnosti. Přestup tepla do konstrukce v ČSN EN

Termomechanika 9. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Problematika technologičnosti konstrukce a výroby velkých odlitků raznic

Termomechanika 10. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Tabulka Analýza přímých nákladů

ZÁKLADY STAVEBNÍ FYZIKY

Stavební tepelná technika 1 - část A Jan Tywoniak ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební. Stavební fyzika (L)

KAPILÁRNÍ VODIVOST VLHKOSTI V PLOCHÝCH STŘEŠNÍCH KONSTRUKCÍCH. Ondřej Fuciman 1

Slévání. Ruční výroba forem. Pomůcky pro výrobu formy:

TERMOMECHANIKA PRO STUDENTY STROJNÍCH FAKULT prof. Ing. Milan Pavelek, CSc. Brno 2013

Rozvoj tepla v betonových konstrukcích

Počítačová dynamika tekutin (CFD) Základní rovnice. - laminární tok -

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

Měření prostupu tepla

Propojení matematiky, fyziky a počítačů

SLEDOVÁNÍ VLIVU TLAKU NA STRUKTURU VYSOKOTLAKÝCH ODLITKŮ MONITORING OF PRESSURE INFLUENCE ON THE HIGH PRESSURE DIE-CASTINGS STRUCTURE

U218 - Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. ! t 2 :! Stacionární děj, bez vnitřního zdroje, se zanedbatelnou viskózní disipací

SIMULAČNÍ VÝPOČTY TUHNUTÍ ODLITKŮ ZE SLITINY ZnAl4 V OCELOVÉ FORMĚ

Tvarová optimalizace v prostředí ANSYS Workbench

13. Termofyzikální vlastnosti látek

1 Vedení tepla stacionární úloha

Ing. Tomáš MAUDER prof. Ing. František KAVIČKA, CSc. doc. Ing. Josef ŠTĚTINA, Ph.D.

VÝSLEDKY OVĚŘOVÁNÍ ZEMNÍHO MASIVU JAKO ZDROJE ENERGIE PRO TEPELNÁ ČERPADLA. Technická fakulta České zemědělské univerzity v Praze

Aplikace metody konečných prvků

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE. 123TVVM tepelně-fyzikální parametry

Přehled základních fyzikálních veličin užívaných ve výpočtech v termomechanice. Autor Ing. Jan BRANDA Jazyk Čeština

TERMOFYZIKÁLNÍ PARAMETRY EXOTERMICKÝCH MATERIÁLŮ PRO OBKLADY NÁLITKŮ A JEJICH NÁVAZNOST NA SIMULAČNÍ PROGRAMY

VLIV KMITÁNÍ TRUBKY NA PŘESTUP TEPLA V KANÁLU MEZIKRUHOVÉHO PRŮŘEZU

Ročník: 1. Mgr. Jan Zmátlík Zpracováno dne:

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

ANALÝZA TEPLOTNÍCH POLÍ PALIVOVÝCH ELEMENTŮ

Ověřovací nástroj PENB MANUÁL

TEPLOTNÍHO POLE V MEZIKRUHOVÉM VERTIKÁLNÍM PRŮTOČNÉM KANÁLE OKOLO VYHŘÍVANÉ NEREZOVÉ TYČE

BH059 Tepelná technika budov přednáška č.1 Ing. Danuše Čuprová, CSc., Ing. Sylva Bantová, Ph.D.

STROJÍRENSKÁ TECHNOLOGIE PŘEDNÁŠKA 7

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební. Stavební fyzika (L) Jan Tywoniak A428

M T I B A ZÁKLADY VEDENÍ TEPLA 2010/03/22

HLINÍK A JEHO SLITINY

Pístové spalovací motory-pevné části

Analýza licího cyklu technologie lití pod tlakem

Výpočet stlačitelného proudění metodou konečných objemů

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

OPTIMALIZACE POUŽITÍ CHLADÍTEK U VÝROBY MASIVNÍCH ODLITKŮ

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

TECHNOLOGIE I (slévání a svařování)

Průběh požáru TEPLOTNÍ ANALÝZA POŽÁRNÍHO ÚSEKU. Zdeněk Sokol. 2: Tepelné zatížení. 1: Vznik požáru. 3: Teplota konstrukce

5.4 Adiabatický děj Polytropický děj Porovnání dějů Základy tepelných cyklů První zákon termodynamiky pro cykly 42 6.

Slévárenská technologie

Výzkum vlivu přenosových jevů na chování reaktoru se zkrápěným ložem katalyzátoru. Petr Svačina

Metoda konečných prvků Charakteristika metody (výuková prezentace pro 1. ročník navazujícího studijního oboru Geotechnika)

Generování sítě konečných prvků

ZKUŠEBNÍ ZAŘÍZENÍ PRO HODNOCENÍ SKRÁPĚNÝCH TRUBKOVÝCH SVAZKŮ

Sklářské a bižuterní materiály 2005/06

Tepelné jevy při ostřiku okují Thermal phenomena of descalling

Odstředivé lití. pravé odstředivé lití. lití odstřeďováním

SF2 Podklady pro cvičení

strana PŘEDMLUVA ZÁKLADNÍ POJMY (Doc. Ing. Milan Němec, CSc.) SLÉVÁRENSTVÍ (Doc. Ing. Milan Němec, CSc.)

MATEMATIKA V MEDICÍNĚ

42 28XX nízko středně legované oceli na odlitky odlévané jiným způsobem než do pískových forem 42 29XX vysoko legované oceli na odlitky

102FYZB-Termomechanika

Hodnocení opotřebení a změn tribologických vlastností brzdových kotoučů

Numerické řešení 2D stlačitelného proudění s kondenzací. Michal Seifert

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

Transkript:

PŘÍSPĚVEK K ŘEŠENÍ HOMOGENITY ODLITKU Iva Nová Marek Kalina Jaroslav Exner Technická univerzita v Liberci, Hálkova 6 461 17 Liberec, ČR Abstrakt The article gives information about metods of the computer aidid design and manufacturing of castings orientated in simulation of metallurgical conditious producing the final structure and properties of sound casting. Increasing quality demands of castings urge to of further precision of databases as a part of simulating programmes or to the proper determination of values of thermal and physical properties of castings and moulds. Simulation calculus results of castings and moulds can be further successfilly used as new experimence in design of various other castings, moulds and also in their manufacture. 1. ÚVOD Současné slévárenské technologie umožňují vyrábět i tenkostěnné odlitky nejen ze slitin hliníku, hořčíku, ale též z litiny s lupínkovým ( LLG ) a kuličkovým grafitem ( LKG ). U odlitků z litiny je hlavní pozornost zaměřena na cílevědomé vytváření potřebného režimu tuhnutí a chladnutí odlitku s ohledem na zajištění výsledné homogenní struktury. Všechny tyto požadavky je možno splnit s uplatněním specializované výpočetní techniky a software pro simulaci tepelných slévárenských procesů. K tomu přispěl i rozvoj numerických metod ( metoda konečných prvků, metoda konečných diferencí a metoda okrajových prvků ), jejichž podstata záleží v diskretizaci proměnných. Tyto metody umožňují číselné vyjádření složitých diferenciálních rovnic sdílení tepla i opakovatelnost jednoduchých algebraických operací určitého typu, což odpovídá operačním vlastnostem číslicových počítačů. Velmi používaná je metoda konečných prvků, která umožňuje aproximovat zakřivený tvar sledované oblasti přímkovými nebo křivkovými prvky. Ke sledování tepelných poměrů mezi odlitkem a slévárenskou formou byla vyvinuta v 90. letech celá řada software programových souborů, jež popisuje [3], [4], [5], [7]. Naše pracoviště Katedra strojírenské technologie ( TU Liberec ) je uživatelem software SIMTEC a ve spolupráci se slévárenskou katedrou VUT Brno se zabývá optimalizací režimu tuhnutí a chladnutí odlitků ( projekt GAČR 106/99/0091 ). 2. MATEMATICKO - FYZIKÁLNÍ ROZBOR TUHNUTÍ ODLITKŮ Tuhnutí a chladnutí odlitku a současný ohřev formy je z hlediska nauky o sdílení tepla a hmoty dějem velmi komplikovaným a v obecné míře jde o případ nestacionárního prostorového sdílení tepla a hmoty. Nestacionární vedení tepla popisuje parciální diferenciální rovnice, která matematicky představuje popis časové změny teploty v libovolném místě tělesa. (, c, T) ρ t V T λ λ T..... λ. T = X + Y + Z + qv, 1) x x y y z z

kde značí: λ X, λ Y, λ Z - součinitele tepelné vodivosti ve směrech x, y, z, c V T ρ t - měrnou tepelnou kapacitu za stálého objemu, - absolutní teplotu, - hustotu materiálu, - čas, q V - teplo vnitřních zdrojů ( uvolňováno při fázových přeměnách ). Řešení rovnice ( 1 ) je velmi obtížné, tato obtížnost souvisí se správnou formulací počáteční a okrajové podmínky. Při řešení této rovnice v podmínkách tuhnutí a chladnutí odlitků je nutné uvažovat teplotní závislost termofyzikálních vlastností materiálu jak slévárenské formy, tak odlévané slitiny. Pokud jde o aplikaci rovnice (1) při sdílení tepla mezi odlitkem a slévárenskou formou, nejsou zahrnuti důležití činitelé jako je např. konvekční proudění kovu ve formě, popř. vliv mezery mezi odlitkem a formou. Při aplikaci rovnice (1) do simulačních výpočtů tuhnutí a chladnutí odlitků ve slévárenských formách je tato rovnice s ohledem na použitou numerickou metodu rozpracována do tohoto tvaru: IT ( ) T T T = + + c T T P Q T dx dy dz x y z t V + λ 2 2 2.( ) ( ) ( ) ρ...... + 2 + 1 2. α( u, v). T χ( u, v). T du. dv, 2) 2 R kde značí: I (T) - funkcionál V - objem tělesa [m 3 ], R - povrch tělesa [m 2 ], u, v - souřadnice uváděného místa plochy [m], Q - teplo vnitřních zdrojů [W.m -3 ], χ - hustotu tepelného toku [W.m -2 ], α - součinitel přestupu tepla [W.m -2.K -1 ]. Jak je obecně známo, simulace se uskutečňuje ve třech krocích ( vytvoření geometrických dat odlitku s použitím systému CAD; výpočet teplot během sledovaného slévárenského procesu; zobrazení výsledků simulačního výpočtu včetně doby tuhnutí odlitku ). S určitou složitostí se setkáváme při simulaci sdílení tepla ve stěně pískové formy při tuhnutí a chladnutí odlitků. Písková slévárenská forma představuje polydisperzní systém kapilárně pórovité těleso ve kterém se nesdílí teplo jen vedením prostřednictvím pevné a plynné fáze, ale také prouděním plynů a páry mezi zrny ostřiva, ale také sáláním. Tyto děje ovlivňují nejen tepelné vlastnosti slévárenské formy, ale výrazně ovlivňují tuhnutí a chladnutí odlitků. Je velmi složité vyjádřit kvantifikaci jednotlivých procesů. Velkým problémem je též vznik kondenzační zóny. Pokud uskutečňujeme simulaci tuhnutí a chladnutí odlitku, pak uplatnění Fourierovy diferenciální rovnice je vyhovující, neboť odlitek představuje kompaktní kovový systém, ve kterém se teplo šíří vedením a přenos tepla z odlitku do formy je ovlivňován součinitelem prostupu tepla. Charakteristika vlivu pískové

formy prostřednictvím součinitele tepelné vodivosti a měrné tepelné kapacity na teplotě je zde dostačující. Často velmi významná pro efektivní ovlivnění tuhnutí odlitků v pískové formě je i volba shodného typu materiálu jader, především v té oblasti odlitků, kde dochází ke vzniku tepelných uzlů. V takových případech najdou větší uplatnění jádra, která se proti materiálu formy vyznačují vyšší intenzitou odvodu tepla. Použitím jádra s vyšší tepelnou akumulací se teplo pohltí rychleji s menším nárůstem teploty jádra v hmotných partiích odlitku, anebo lze vhodně ovlivnit polohu tepelné osy tepelného uzlu. 3. PŘÍKLAD SIMULACE TUHNUTÍ ODLITKŮ V PÍSKOVÉ FORMÉ Simulace byla uskutečněna na litinovém odlitku tělesa skříně kompresoru zaformovaného do formy z bentonitové formovací směsi s tím, že otvory pro vložky pístů a některé přepouštěcí kanály budou předlity pomocí jader. Již první simulační výpočet ukázal, že jádra z křemenného ostřiva s pryskyřičným pojivem ( metoda hot - box ) nebudou vyhovující zvýrazňují tepelný uzel a vytváří podmínky pro vznik soustředěných staženin, příp. ředin, v konstrukčně kritických místech mezistěn. Proto byla v dalším kroku nahrazena jádra se stejným pojivovým systémem, ale s ostřivem s vyšší akumulační schopností korundem, chrommagnezitem a zirkonem. Simulační výpočet byl uskutečněn s použitím programu SIMTEC. Tepelně-fyzikální data pro simulaci byla dodána na základě odborných zkušeností našeho pracoviště. Na obr. 1 je uveden pohled na těleso kompresoru s vyznačením založení jader.

Z obr. 2, 3, 4 jsou patrné řezy tělesa kompresoru, při použití jednotlivých typů jader. Řezy jsou vedeny v těch částech tělesa kompresoru ve kterých byla simulací zjištěna nejdelší doba tuhnutí. Na obr. 2, 3, 4, v pravé části, jsou znárorněna barevná rozlišení odpovídající časům tuhnutí od okamžiku lití. Světlá místa ( barva bílá ) signalizují nejdelší dobu tuhnutí odlitku ( tj. více než 950 s od počátku lití ) a tedy největší předpoklad vzniku staženin a ředin, nejtmavší místa ( tmavě modrá ) odpovídají nejkratší době tuhnutí ( tj. méně než 100 s ). Jak je z porovnání obrázků zřejmé, nejvýhodnější poměry a nejmenší riziko staženin a ředin zajišťují jádra z chrommagnezitu. 4. ZÁVĚR Simulace tuhnutí a chladnutí odlitků je přínosem pro výrobu zdravých odlitků. Hledání vhodných technologických postupů přechází z praktického způsobu výroby odlitků do mnohem rychlejšího a levnějšího prostředí počítačové simulace. Vlivem vyloučení volby nekvalitní technologie ( např. špatná volba vtokové soustavy, připojení nálitků, popř. chladítek atd. ) nedochází k hrubým chybám při výrobě odlitků. Naopak uživatel získává mnoho informací o vhodnosti, jak navržené konstrukce odlitku, tak i technologie, posouzení účinnosti vtokové soustavy, nálitků atd. Lze na odlitku nalézt místa, kde lze očekávat vznik staženin a nehomogenitu struktury, popř. jde stanovit charakter struktury odlitku a vnitřních pnutí. Příspěvek vznikl za podpory MSM 242100002

LITERATURA [ 1 ] EXNER, J., NOVÁ, I.: Příspěvek k simulaci tepelných procesů při výrobě odlitků ze slitin hliníku. Slévárenství XLVII, 1999, č. 1, s. 27 29. [ 2 ] EXNER, J.: Podstatta vývojových změn v modelárenství. Slévárenství XLVI, 1998, č. 1, s. 1 2. [ 3 ] WEISS, K., HONSEL, CH., GUNDLACH, J.: Das Programmpaket SIMTEC. GUSS Produkte 94 s. 252 254. [ 4 ] FLENDER, E.: MAGMASOFT Gie3erei Proze3 Simulation. GUSS Produkte 94 s. 270 273. [ 5 ] KOVAŘÍK, J., BARTH, H., FRANSSON, H.: Komplexní přístup k zajištění kvality slévárenského procesu pomocí počítačové podpory. Slévárenství XLIV, 1998, č. 7 8, s. 289 291. [ 6 ] KUNEŠ, J.: Modelování tepelných procesů. 1. vyd., Praha 1989. [ 7 ] Firemní podklady k simulačnímu programu SIMULOR BP 7 38340 VOREPPE Francie

Obr. 4: Pohled na část tělesa kompresohu tuhnoucího nejpozději ( forma z bentonitové směsi, jádra ze zirkonu s pryskyřičným pojivem; metoda HB )