Моделирование мест проявления дефектов усадочного характера при проектировании литых деталей ДВС
Предлагается моделирование и исследование процессов кристаллизации в отливках автомобильных поршней и блок-картеров при помощи программы автоматизированного моделирования LVMFlow с целью модернизации технологии изготовления литых деталей ДВС. Запропоновано моделювання і дослідження процесів кристалі...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Datum: | 2010 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2010
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49956 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Моделирование мест проявления дефектов усадочного характера при проектировании литых деталей ДВС / В.И. Алехин, А.В. Белогуб, А.П. Марченко, О.В. Акимов // Металл и литье Украины. — 2010. — № 12. — С. 27-30. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-49956 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Алехин, В.И. Белогуб, А.В. Марченко, А.П. Акимов, О.В. 2013-10-01T00:51:33Z 2013-10-01T00:51:33Z 2010 Моделирование мест проявления дефектов усадочного характера при проектировании литых деталей ДВС / В.И. Алехин, А.В. Белогуб, А.П. Марченко, О.В. Акимов // Металл и литье Украины. — 2010. — № 12. — С. 27-30. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49956 621.74 Предлагается моделирование и исследование процессов кристаллизации в отливках автомобильных поршней и блок-картеров при помощи программы автоматизированного моделирования LVMFlow с целью модернизации технологии изготовления литых деталей ДВС. Запропоновано моделювання і дослідження процесів кристалізації у виливках автомобільних поршнів і блок-картерів за допомогою програми автоматизованого моделювання LVMFlow з метою модернізації технології виготовлення литих деталей ДВС. А design and research of processes of motor-car сast pistons crystallization by the automated design program LVMFlow is proposed, with the purpose of modernization of engine piston making technology. Статья написана по материалам VI Международной научно-практической конференции «Литье-2010», состоявшейся 21-23 апреля 2010 года в Запорожье ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Моделирование мест проявления дефектов усадочного характера при проектировании литых деталей ДВС Моделювання місць прояву дефектів усадкового характеру при проектуванні литих деталей ДВС Modeling of places of display of defects of shrinkable character at designing of cast details of engines Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Моделирование мест проявления дефектов усадочного характера при проектировании литых деталей ДВС |
| spellingShingle |
Моделирование мест проявления дефектов усадочного характера при проектировании литых деталей ДВС Алехин, В.И. Белогуб, А.В. Марченко, А.П. Акимов, О.В. |
| title_short |
Моделирование мест проявления дефектов усадочного характера при проектировании литых деталей ДВС |
| title_full |
Моделирование мест проявления дефектов усадочного характера при проектировании литых деталей ДВС |
| title_fullStr |
Моделирование мест проявления дефектов усадочного характера при проектировании литых деталей ДВС |
| title_full_unstemmed |
Моделирование мест проявления дефектов усадочного характера при проектировании литых деталей ДВС |
| title_sort |
моделирование мест проявления дефектов усадочного характера при проектировании литых деталей двс |
| author |
Алехин, В.И. Белогуб, А.В. Марченко, А.П. Акимов, О.В. |
| author_facet |
Алехин, В.И. Белогуб, А.В. Марченко, А.П. Акимов, О.В. |
| publishDate |
2010 |
| language |
Russian |
| container_title |
Металл и литье Украины |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Моделювання місць прояву дефектів усадкового характеру при проектуванні литих деталей ДВС Modeling of places of display of defects of shrinkable character at designing of cast details of engines |
| description |
Предлагается моделирование и исследование процессов кристаллизации в отливках автомобильных поршней и блок-картеров при помощи программы автоматизированного моделирования LVMFlow с целью модернизации технологии изготовления литых деталей ДВС.
Запропоновано моделювання і дослідження процесів кристалізації у виливках автомобільних поршнів і блок-картерів за допомогою програми автоматизованого моделювання LVMFlow з метою модернізації технології виготовлення литих деталей ДВС.
А design and research of processes of motor-car сast pistons crystallization by the automated design program LVMFlow is proposed, with the purpose of modernization of engine piston making technology.
|
| issn |
2077-1304 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49956 |
| citation_txt |
Моделирование мест проявления дефектов усадочного характера при проектировании литых деталей ДВС / В.И. Алехин, А.В. Белогуб, А.П. Марченко, О.В. Акимов // Металл и литье Украины. — 2010. — № 12. — С. 27-30. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT alehinvi modelirovaniemestproâvleniâdefektovusadočnogoharakterapriproektirovaniilityhdetaleidvs AT belogubav modelirovaniemestproâvleniâdefektovusadočnogoharakterapriproektirovaniilityhdetaleidvs AT marčenkoap modelirovaniemestproâvleniâdefektovusadočnogoharakterapriproektirovaniilityhdetaleidvs AT akimovov modelirovaniemestproâvleniâdefektovusadočnogoharakterapriproektirovaniilityhdetaleidvs AT alehinvi modelûvannâmíscʹproâvudefektívusadkovogoharakterupriproektuvannílitihdetaleidvs AT belogubav modelûvannâmíscʹproâvudefektívusadkovogoharakterupriproektuvannílitihdetaleidvs AT marčenkoap modelûvannâmíscʹproâvudefektívusadkovogoharakterupriproektuvannílitihdetaleidvs AT akimovov modelûvannâmíscʹproâvudefektívusadkovogoharakterupriproektuvannílitihdetaleidvs AT alehinvi modelingofplacesofdisplayofdefectsofshrinkablecharacteratdesigningofcastdetailsofengines AT belogubav modelingofplacesofdisplayofdefectsofshrinkablecharacteratdesigningofcastdetailsofengines AT marčenkoap modelingofplacesofdisplayofdefectsofshrinkablecharacteratdesigningofcastdetailsofengines AT akimovov modelingofplacesofdisplayofdefectsofshrinkablecharacteratdesigningofcastdetailsofengines |
| first_indexed |
2025-11-25T22:42:18Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:42:18Z |
| _version_ |
1850569070024327168 |
| fulltext |
2� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 12 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 12 ’20102� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 12 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 12 ’2010
УДК 621.74
В. И. Алехин, А. В. Белогуб*, А. П. Марченко, О. В. Акимов
Национальный технический университет «ХПИ», Харьков
ОАО «АвТрАМАТ», Харьков
Моделирование мест проявления дефектов усадочного
характера при проектировании литых деталей ДВС*
Предлагается моделирование и исследование процессов кристаллизации в отливках автомобильных поршней
и блок-картеров при помощи программы автоматизированного моделирования LVMFlow с целью модерни-
зации технологии изготовления литых деталей ДВС.
Ключевые слова: литая деталь, поршень, блок-картер, 3D-модель, моделирование, кристаллизация,
технология, модернизация
В
современном двигателестроении проектирова-
ние и производство комплектующих и двигате-
лей в целом – процесс довольно трудоемкий, в
котором принимают участие специалисты раз-
личного профиля�� Основное место в этом процессе
занимают инженеры, подготавливающие исходный
проект, в котором должен учитываться полный объем
документации, позволяющий изготовить двигатели в
требуемом количестве с дельнейшим испытанием��
Но для достижения современных повышенных тре-
бований (как к эксплуатационным характеристикам,
так и точности изготовления деталей) к этому про-
цессу подключаются инженеры-механики, инжене-
ры-литейщики и др�� Далее происходит совместный
анализ, введение поправок и доводка проекта�� При
этом сроки проектирования сокращаются, что приво-
дит к усложнению расчетных математических моде-
лей и все большему применению интегрированных
компьютерных систем��
Все вышеперечисленные операции и взаимо-
действие специалистов с компьютерными приклад-
ными расчетными программами и системами лежат
в пределах жизненного цикла продукта�� Данное по-
нятие изложено в стандарте ISO 9004-1 и относится к
CALS-стратегии (Сontinuous Acquisition and Life-cycle
Support) – непрерывной информа-
ционной поддержке жизненного
цикла изделия или продукта, на-
правленной на эффективность и
производительность предприятия��
На данный момент подобный
вид взаимодействия технических
специалистов успешно применяет-
ся на ОАО «АВТРАМАТ» и называ-
ется методом сквозного проекти-
рования�� Это понятие включает в
себя «наслаивание» друг на друга
конструирования детали, техноло-
гии литой заготовки, производ-
ства литой детали и механической
обработки�� Выполнение данных
мероприятий направлено на кон-
кретную задачу для получения улучшенного пара-
метра изделия, такого как минимизация массы, ко-
торая сказывается на механических потерях�� Также
с использованием данного метода время постановки
на производство нового изделия составляет 2-4 ме-
сяца (для сравнения: 10 лет назад – 1-1,5 года)�� Так-
же согласно международному стандарту ISO 10303
совместное проектирование и производство изделия
может быть эффективным в случае, если оно бази-
руется на основе единой информационной модели
изделия – электронной�� Объектами исследований
являлись детали поршня и блока цилиндров (обос-
нованность такого выбора была представлена в пре-
дыдущих работах, посвященных данной тематике)��
Деталь блока цилиндров (рис�� 1, а) – рядный
четырехцилиндровый бензиновый двигатель объ-
емом 1,4 дм3 для автомобиля Daewoo Sens, изго-
тавливаемого из материала Ch190B (серый чугун с
необязательным химическим составом, %: сера –
не более 0,1��
Поршень (рис�� 1, б) – деталь – представитель
«семейства» ВАЗ, изготавливается из материала
АК12М2МгН, ГОСТ 1583-93 (ДСТУ 2839-94)��
Построение трехмерных моделей литых загото-
вок проводилось на базе уже созданных трехмерных
* По материалам VI Международной научно-практической конференции «Литье-2010», состоявшейся 21-23 апреля 2010 года
в Запорожье
Рис. 1. 3D-модель: блока цилиндров (а); поршня (б)
а б
2� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 12 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 12 ’20102� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 12 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 12 ’2010
моделей деталей�� При подготовке компьютерно-ин-
тегрированного моделирования литейных процессов
учитывалось выполнение следующих задач: иденти-
фикация брака в изготовлении литых деталей ДВС;
выявление «узких» мест в конструкции детали с тех-
нологической точки зрения; моделирование процес-
сов кристаллизации; выявление факторов формиро-
вания остаточных напряжений на этапе изготовления
литых деталей��
Инструментарием для проведения данного вида
моделирования процессов при производстве литых
заготовок была выбрана среда LVMFlow, которая
представляет собой пакет прикладных программ
компьютерного моделирования литья�� Компьютер-
ное моделирование позволяет проследить все про-
цессы, происходящие в металле при заполнении
формы, затвердевании, возникновении усадочных
дефектов до промышленного изготовления самих
изделий�� Уравнения модели решаются методом
FDM (конечных разностей) на регулярной прямо-
угольной разностной сетке��
Начальные условия для постановки задач при
моделировании имеют следующие значения:
– для блока цилиндров
размер ячейки – 1,996 мм; общее количество
ячеек – 17��620��200 шт; узлов отливки – 607��572;
Рис. 2. Химический состав специального чугуна Ch190B
Рис. 3. Места возможного появления дефектов усадочного характера в модели поршня
2� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 12 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 12 ’20102� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 12 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 12 ’2010
разделительное покрытие – толщина слоя 0,3 мм;
теплопроводность – 302 Вт/(м·К); материал отливки
(рис�� 2); заданная температура заливки – 1400 °С;
материал формы – фурановая смесь с начальной
температурой 20 °С;
– для поршня
размер ячейки – 1,3 мм; количество ячеек –
3563430 шт; материал отливки поршня – АК12М2МгН,
ДСТУ 2839-94; кокильная краска на формообразу-
ющие части кокиля толщиной 0,2 мм и теплопро-
водностью 190 Вт/(м·К); предварительный разогрев
формообразующих частей кокиля до t = 250÷280 °С;
центральный стержень и стержни, формирующие
отверстия под палец, имеют водяное охлаждение,
температура воды – 20 °С; температура металла
перед заливкой – 710 °С; общее время одного
цикла – 62 с��
В итоге данного компьютерно-интегрированно-
го моделирования было выявлено расположение
наиболее критических дефектов в различных частях
исследуемых деталей�� В модели поршня они были
выявлены (рис�� 3) в теле бобышки (под пальцевое
отверстие) и головке поршня (в области углублений
в днище поршня под клапаны)�� Критичность рас-
положения данных дефектов в поршне обусловлена
тем, что вследствие высокой температуры при сго-
рании топлива прочность материала уменьшается��
Из-за переменного характера режимов работы боль-
шинства современных двигателей особенно важно
иметь повышенную сопротивляемость термической
усталости в углублении под клапаны и камере сго-
рания, а в зонах бобышек требуется обеспечить
высокую усталостную прочность для избегания появ-
ления трещин��
Для блока цилиндров появление дефектов уса-
дочного характера в стенке цилиндра со стороны
водяной рубашки предположительно будет препят-
ствием для равномерного распределения темпера-
туры по длине цилиндра и ухудшит условия охлаж-
дения��
Далее следует проведение компьютерно-инте-
грированного моделирования для данных деталей
в комплексе ANSYS 11SP1�� Для детали поршня
(рис�� 4, а) тепловой расчет направлен на исследо-
вание теплонапряженного состояния с учетом выяв-
ленных дефектов усадочного характера и напряжен-
но-деформированного состояния�� Для детали блока
цилиндров (рис�� 4, б) тепловой расчет выполнен с
учетом выявленных дефектов��
Выводы
Результаты моделирования теплового и напря-
женно-деформированного состояния перечислены
выше относительно каждой литой детали ДВС с
возникающими в них дефектами при производстве��
Дефекты были выявлены в результате компью-
терно-интегрированного моделирования процесса
изготовления литых заготовок и дают возможность
внести модернизирующие изменения на следующих
этапах:
– технология производства литых деталей ДВС –
уменьшение количества и размеров сосредоточен-
ных дефектов усадочного характера;
– конструкция детали ДВС – улучшение качества
исходной литой заготовки путем изменения толщин
тел в модернизированных местах��
Рис. 4. Конечно-элементная модель: поршня (а); блока цилин-
дров (б)
а
б
�0 �1МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 12 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 12 ’2010�0 �1МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 12 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 12 ’2010
ЛИТЕРАТУРА
1�� Белогуб А. В. Новые подходы к конструированию поршней // Авиационно-космическая техника и технология�� – 2000��
– Вып�� 19�� – С�� 4-8��
2�� Снижение литейного брака при помощи моделирования процесса кристаллизации в системе «ПОЛИГОН» на
примере поршня Д67 / А�� В�� Белогуб, О�� А�� Солоха, Е�� Г�� Талда, А�� В�� Медведев // Аерокосмічна техніка і технологія��
– 2001�� – Вип�� 23�� – С�� 243-246��
3�� Андреев С. П., Щербина А. Г. Оптимизация литниково-питающих систем отливок поршней // Двигатели внутреннего
сгорания�� – 2005�� – № 2�� – С�� 115-117��
4�� Алехин В. И., Акимов О. В., Марченко А. П. Компьтерно-интегрированное моделирование литейных процессов в
блоке цилиндров Daewoo Sens // Машиноведение и САПР�� – 2008�� – Вып�� 2�� – С�� 3-7��
5�� Компьютерно-интегрированное моделирование литейных процессов в автомобильных поршнях на основе
конструкторско-технологической методики проектирования деталей ДВС / В�� И�� Алехин, А�� В�� Белогуб, А�� П�� Марченко,
О�� В�� Акимов // Двигатели внутреннего сгорания�� – 2009�� – № 2�� – С�� 101-104��
6�� Алехин В. И., Акимов О. В., Марченко А. П. Научные методы компьютерно-интегрированного проектирования блок-
картера двигателя Daewoo Sens // Там же�� – 2008�� – № 2�� – С�� 77-82��
Альохін В. І., Білогуб О. В., Марченко А. П., Акімов О. В.
Моделювання місць прояву дефектів усадкового характеру
при проектуванні литих деталей ДВС
Запропоновано моделювання і дослідження процесів кристалізації у виливках автомобільних поршнів і блок-кар-
терів за допомогою програми автоматизованого моделювання LVMFlow з метою модернізації технології виготов-
лення литих деталей ДВС.
Анотація
сast detail, piston, block-crankcase, 3D-model, design, crystallization, technology,
modernizationKeywords
Alehin V., Belogub A., Marchenko A., Akimov O.
Modeling of places of display of defects of shrinkable character at
designing of cast details of engines
А design and research of processes of motor-car сast pistons crystallization by the automated design program LVMFlow
is proposed, with the purpose of modernization of engine piston making technology.
Summary
Поступила 26��05��10
лита деталь, поршень, блок-картер, 3D-модель, моделювання, кристалізація, тех-
нологія, модернізаціяКлючові слова
|