X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Недостаточно высокая квалификация и слабо развитое стратегическое мышление специалистов в машиностроительной отрасли по-прежнему является актуальной проблемой. Поэтому возникает необходимость комплексного и компетентного обучения будущих кадров в этой области.

Для лучшего усвоения сути проблемы, повышения профессиональных навыков, развития систематического и стратегического мышления студенту предлагается самостоятельно разработать технологический процесс и внедрить его в производство, то есть попробовать себя в роли инженера – технолога.

В данной статье рассмотрена методика написания магистерской диссертации на актуальную в литейном производстве тему: «Проектирование литниково-питающей системы блока охлаждаемых лопаток ГТД и моделирование процесса заполнения блока охлаждаемых лопаток в PRO Cast».

Одним из главных преимуществ литейного производства является получение сложных по конфигурации отливок, которые невозможно изготовить другими способами. К таким деталям относятся лопатки ГТД.

На данный момент разрабатывается технология изготовления лопаток №503. Перо лопатки имеет минимальную толщину стенки 0,6 мм, что приводит к браку лопаток по геометрии (рисунок 1), а именно разностенности (по серийной технологии брак составляет 10-15%), так же наблюдаются неспаи и недоливы в пере лопаток [1].

а) б) в)

Рисунок 1[1] – а) разностенность пера лопатки; б) неспай стенки по корыту пера лопатки: в) недолив пера лопатки

Целями методики являются: выработка у студентов стратегического мышления, умений грамотно ставить цели (задачи) и составлять алгоритмы их достижения, что в свою очередь позволит разрабатывать более совершенные, экономически выгодные технологии получения отливок. Выработать способность проведения сравнительного анализа практических и теоретических данных, а также составлять обоснованные выводы.

Задачами методики являются: описание изделия и требований к нему, обоснование выбора материала изделия, выбор и обоснование способа получения изделия, расчет литниково-питающей системы блока лопаток, создание объемной математической модели блока лопаток и моделирование процесса заливки этого блока, анализ модели заливки, расчет процесса заполнения блока лопаток и корректировка размеров литниково-питающей системы, корректировка объемной математической модели блока лопаток и моделирование процесса заливки этого блока, анализ процесса заливки смоделированного в среде PRO Cast.

Магистерская диссертация имеет следующую структуру:

- введение;

- описание изделия и требований к нему, обоснование выбора материала изделия;

- выбор и обоснование способа получения изделия;

- расчет литниково-питающей системы блока лопаток, создание объемной математической модели блока лопаток;

- моделирование процесса заливки, анализ модели заливки;

- расчет процесса заполнения блока лопаток, корректировка объемной математической модели;

- моделирование процесса заливки, анализ смоделированного процесса заливки блока лопаток в среде PRO Cast.

Для лучшего понимания приведено подробное описание каждого пункта.

Введение

В введении должна быть отражена актуальность темы диссертации, поставлены основные цели и задачи (проблемы), с возможными решениями.

К таким задачам можно отнести:

- снижение экономических затрат, трудоемкости и времени при подготовке к запуску изделия в производство.

Возможным решением задачи является: - использование CAE систем для решения таких задач как моделирование процесса заливки спроектированного блока охлаждаемых лопаток, позволяющих визуализировать заполнение блока, рассчитать температурное поле, напряжения в отливке и форме, время затвердевания и т.д., что обосновывается значительным сокращением экспериментов.

Описание изделия и требований к нему, обоснование выбора материала изделия

Описание изделия должно содержать его основные геометрические параметры представленные эскизами и сечениями изделия в пояснительной записке. Приводится описание лопатки и условия его эксплуатации.

Исходя из условий эксплуатации и требований к детали, обосновывается выбор материала изделия. Для охлаждаемой лопатки – это жаропрочный сплав на никелевой основе ЖС6У.

Выбор и обоснование способа получения изделия

Выбор и обоснование способа получения изделия проводится исходя из перечисленных особенностей детали. Такими особенностями являются геометрия, шероховатость поверхности и материал изделия.

Сплав ЖС6У трудно поддается обработке давлением и резанием, а толщина стенок лопатки колеблется от 0,6 до 0,8 мм, в связи, с чем наиболее целесообразным способом получения при серийном производстве является литье. Заданную геометрию детали и шероховатость поверхности можно обеспечить методом литья по выплавляемым моделям.

Расчет литниково-питающей системы блока лопаток, создание объемной математической модели блока лопаток

Литниково-питающая система (ЛПС) необходима для подвода металла в полость формы соответствующая геометрии отливки. ЛПС должен отвечать требованиям:

- обеспечение плавного заполнения формы;

- обеспечение питания отливки сплавом в процессе затвердевания металла в форме;

- обеспечение высокого коэффициента использования металла;

- обеспечение направленного затвердевания металла.

Расчет ЛПС блока лопаток проводится методом вписанных сфер. На рисунке 2 представлена схема блока лопаток.

Рисунок 2 – Схема блока лопаток

1 – лопатка; 2 – верхний коллектор; 3 – нижний коллектор; 4 – приемная чаша; 5 – стояк; 6 – диффузор; 7 – зумпф

Результатом расчета является:

- определение размеров стояка, приемной чаши, диффузора, коллекторов, питателей и прибылей;

- выполнение чертежа «Элементы литейной формы»;

- объемная математическая модель (ОММ) блока лопаток.

Моделирование процесса заливки, анализ модели заливки

Использование CAE систем позволяет значительно снизить затраты и время при подготовке новых изделий к запуску в производство. При проектировании ЛПС для блока лопаток использовалась CAE система PRO Cast, для выявления его недостатков и прогнозирования возможных дефектов в отливках. На рисунке 3 представлены результаты моделирования процесса заливки блока лопаток в PRO Cast.

а) б) в)

Рисунок 3 [1] – Результаты моделирования процесса заливки блока лопаток

а) начало заполнения блока; б) слияние потоков металла; в) полное заполнение лопаток

Анализ модели позволяет оценить эффективность работы спроектированной ЛПС. Анализируя результаты моделирования, представленные на рисунке 3 можно сказать, что литниково-питающая система позволяет заполнить форму комбинированным способом, преимущественно сверху, соединение потоков металла происходит в пере лопаток ниже бандажной полки, что может привести к такому виду дефектов, как разностенность, неспаи и недоливы, возникающие из-за коробления стержня, формирующего внутреннюю полость лопатки и переохлаждения сплава из-за развитой поверхности и тонкостенности пера лопатки.

Областью слияния потоков можно управлять путем изменения диаметра диффузора [1], поэтому в данном случае необходимо увеличить диаметр диффузора, для обеспечения слияния потоков металла на стыке пера и замковой части лопатки, поскольку в случае слияния потоков металла в замковой части высока вероятность возникновения такого дефекта как пористость.

Расчет процесса заполнения блока лопаток

Корректировка объемной математической модели

Расчет процесса заполнения необходим для уточнения размеров ЛПС. Целью расчета заливки блока лопаток является уточнение диаметра диффузора, обеспечивающего плавное заполнение формы и соединение потоков металла на стыке пера и замковой части лопатки. После уточнения диаметра диффузора, корректировалась ОММ.

Моделирование процесса заливки, анализ смоделированного процесса заливки блока лопаток в среде PROCast

Повторное моделирование процесса заливки в CAE системе проводится с целью проверки эффективности работы корректированной ЛПС. На рисунке 4 представлены результаты моделирования процесса заливки блока лопаток с корректированным диаметром диффузора.

а) б) в)

Рисунок 4 [1] – Результаты моделирования процесса заливки блока лопаток с корректированным диаметром диффузора

а) начало заполнения блока; б) слияние потоков металла; в) полное заполнение лопаток

Анализируя результаты моделирования процесса заливки блока лопаток с корректированным диаметром диффузора, можно сказать, что результаты, представленные на рисунке 4, подтверждают адекватность выполненного расчета процесса заполнения блока и уточнения диаметра диффузора, поскольку слияние потоков происходит в области близкой к стыку пера лопатки и замковой части.

Выводы

Охлаждаемые лопатки ГТД целесообразно получать литьем по выплавляемым моделям;

Использование CAE систем позволяет на этапе проектирования литниково-питающей системы оценить ее эффективность и работоспособность, что ведет к снижению затрат, трудоемкости и времени при подготовке новых изделий к запуску в производство;

Областью слияния потоков металла можно управлять путем изменения диаметра диффузора.

Заключение

В выпускной квалификационной работе были рассмотрены конструкция изделия, условия его эксплуатации и требования к изделию, обоснован выбор материала изделия, выбран и обоснован способ получения изделия, рассчитана литниково-питающая система и спроектирована ОММ блока лопаток, проведено моделирование процесса заливки блока лопаток и выполнен анализ результатов моделирования, проведен расчет процесса заполнения блока и уточнены размеры ЛПС, проведено повторное моделирование процесса заливки блока с уточненными размерами ЛПС и выполнен анализ результатов расчета.

Спроектирована литниково-питающей система блока охлаждаемых лопаток ГТД и выполнено моделирование процесса заполнения блока охлаждаемых лопаток в среде PRO Cast.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Габдрахманова Л. Ф., Ганиев Р. Р. Моделирование процесса заполнения блока лопаток 503 в PROCAST / Л. Ф. Габдрахманова, Р. Р. Ганиев // Мавлютовские чтения Т.2.: Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. – Уфа : РИК УГАТУ, 2017. – 400 с. – ISBN 978-5-4221-1041-4

ОЦЕНКА ЗА ПЕДАГОГИЧЕСКУЮ ПРАКТИКУ

(методико-педагогический раздел)

Оценка ___________________________

Куратор практики Иванова А.Д.

Канд.пед.наук, доцент кафедры СиСТ

«_____»_____________

Код для цитирования: Скопировать