Совершенствование методики расчета литниковых систем для отливок "лопатка ГТД" из никелевых жаропрочных сплавов

• Автор: Чибирнова, Юлия Валентиновна
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 181 с. : ил.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Условия эксплуатация и требования, предъявляемые к лопаткам газотурбинных двигателей

1.2 Основные методы изготовления лопаток ГТД

1.3 Методы расчета заполняемое форм расплавом

1.4 Цели и задачи исследования

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Используемые материалы

2.2 Методика моделирования заполнения полости формы

2.3 Методика измерения температур

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАПОЛНЕНИЯ ПОЛОСТИ ФОРМЫ РАСПЛАВОМ МЕТОДАМИ ГИДРОМОДЕЛИРОВАНИЯ И ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

3.1 Анализ брака отливок, изготавливаемых

в производственных условиях
3.2 Моделирование процесса заполнения полости формы расплавом
3.3 Выводы
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ЗАПОЛНЕНИЯ ПОЛОСТИ ФОРМЫ РАСПЛАВОМ
4.1 Математическая модель процесса
4.2 Определение коэффициентов расхода
4.3 Определение коэффициента теплоотдачи
4.4 Расчет нагрева формы
4.5 Обобщенная математическая модель процесса заполнения
полости формы расплавом
4.6 Расчет отливки на заполняемое
4.7 Выводы

ГЛАВА 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ
5 Л Определение плотности сплавов
5.2 Определение теплоемкости сплавов
5.3 Определение коэффициента теплопроводности сплавов
5.4 Определение кинематической вязкости сплавов
5.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Актуальность темы. Развитие ГТД характеризуется ростом удельных параметров двигателя, уменьшением его массы и увеличением нагрузок на узлы и детали. Решение этих задач не возможно без повышения качества наиболее ответственных деталей двигателя: лопаток, изготавливаемых из никелевых жаропрочных сплавов методом литья по выплавляемым моделям. Однако на отливках обнаруживается более десятка различных дефектов. Эти дефекты могут быть следствием множества причин. Следовательно, обеспечение требуемых свойств и качества отливок является главной задачей производства, что достигается правильным выбором материалов и эффективностью применяемых технологических процессов их изготовления.
При проектировании технологического процесса литья по выплавляемым моделям в настоящее время широко используются руководящие материалы или упрощенные методики, основанные на общих гидравлических закономерностях и результатах обобщения производственного и практического опыта. Это требует значительного повышения затрат труда, энергии и последующей корректировки и доводки полученных параметров на опытных отливках. Все это приводит к увеличению сроков подготовки производства и материальных затрат.
Устранение отмеченных недостатков проектирования
технологических процессов литья частично достигается использованием автоматизированных систем. В настоящее время на высоком научном уровне решены задачи начального этапа проектирования, а также затвердевания отливки. Однако используемые в САПР математические модели часто получены за счет существенных упрощений, вносимых как при постановке задачи, так и в ходе ее решения, что иногда приводит к получению весьма приближенных результатов и неоправданному браку отливок. Кроме того, вопросы выбора оптимальных режимов заполнения полости формы расплавом, определяющие основные параметры заливки: скорость подвода

6) литье через фильтры;
7) ликвации;
8) наклонное литье.
Пакет состоит из препроцессора, твердотельный моделировщика, CAD интерфейсов, модуля автоматической генерация и переопределение сетки, постпроцессор.
Построение объемной модели отливки и литниково-питающей системы можно провести в любой внешней CAD-системе и затем импортировать в литейный имитатор в формат STL. Пользователи могут использовать мощный редактор твердотельной геометрии, поставляемый с FLOW-3D. Возможен импорт сеток из ANSYS или IDEAS.
«FLOW-3D» автоматически генерирует конечно-разностную прямоугольную сетку. «FLOW-3D» решает проблемы, используя простые в генерации прямоугольные сетки, которые аппроксимируют сложные поверхности с помощью FAVOR (fractional/volume) метода. Точное значение площади поверхности раздела автоматически рассчитывается препроцессором по FAVOR методу для каждого конечного объема. Во FLOW-3D учитываются размеры расчетных ячеек (конечных объемов) и их проводимость при расчете скорости теплопереноса через поверхность раздела твердое - жидкое. Во «FLOW-3D» применяется алгоритм - VOLUM-OF-Fluid (VOF) метод. Это истинная трехмерная схема отслеживания поверхности раздела, в которой поверхность сохраняется в форме близкой к скачкообразному разрыву. Кроме того, на поверхность накладывается необязательные силы поверхностного натяжения.
Графические, анимационные представления результатов в «FLOW-3D» отличается насыщенностью и объемностью.
В пакете «HeatStar» методом конечных разностей моделируются процессы затвердевания части металла и перетекания теплоты из металла в окружающие области с учетом изменения теплофизических свойств, что позволяет прогнозировать образование усадочных дефектов и положение пор