СКМ ЛП ПолигонСофт

 

 

Система компьютерного моделирования литейных процессов (СКМ ЛП) «ПолигонСофт» — это профессиональный инструмент для создания и оптимизации литейной технологии. «ПолигонСофт» работает на базе метода конечных элементов и выполняет анализ заполнения, кристаллизации и напряжений для большинства литейных технологий и любых сплавов.

Скачать брошюру


geometry_btn

Работа с геометрией


filling_btn

Заполнение формы


cooling_btn

Остывание отливки и формы


deform_btn

Коробление и трещины


porosity_btn

Образование пористости


tchnology_btn

Моделируемые литейные технологии


bigcasting_btn

Крупногабаритное литье


continious_btn

Непрерывное литье


incooling_btn

Внутренние холодильники


extra_btn

Дополнительные возможности

Работа с геометрией любой сложности

Благодаря конечно-элементному подходу СКМ ЛП «ПолигонСофт» корректно работает с геометрической моделью литейного блока любой сложности, состоящей из множества тел произвольной формы. Холодильники, стержни, опорный наполнитель, корпус опоки, теплоизолирующие материалы и элементы плавильного оборудования в той или иной степени влияют на качество отливки, и это влияние может быть учтено в расчете.

Модуль «Мастер-3D» позволяет загружать и использовать сетки следующих форматов: Altair HyperMesh, ANSYS, ProCAST, Nastran, CATIA V5, NEU, GiD, ISPA. Пользователю нужно лишь загрузить файл с сеточной моделью литейного блока, а «Мастер-3D» самостоятельно определит, какие тела являются отливкой, а какие – элементами формы, и назначит границы раздела тел.

model

В некоторых случаях расчетная модель литейного блока может включать в себя до сотни элементов. Чтобы инженеру было удобно работать с большими моделями, в «Мастер-3D» добавлено «Дерево модели», позволяющее гибко управлять визуализацией и настройкой объектов.

Собственный генератор тонких оболочек позволяет без предварительных построений в CAD системе сгенерировать многослойные оболочки заданной толщины. Подобным способом могут быть созданы такие относительно несложные элементы расчетной области, как крышки, футеровка, теплоизоляция и т.д.

«ПолигонСофт» имеет собственные средства проверки качества конечно-элементной сетки (проверяются углы и объемы элементов). Некачественные элементымогут быть исправлены или удалены из расчетной модели. Специальный алгоритм анализирует геометрию на наличие тонких стенок и локально измельчает сетку, чтобы повысить точность расчета.

Заполнение формы

Модуль «Эйлер-3D» позволяет рассчитать заполнение формы расплавом с постоянной или переменной скоростью через один или несколько стояков. С его помощью можно анализировать:

  • температуры расплава и формы в процессе заполнения;
  • скорости потоков;
  • непроливы.

Специальный параметр регулирует количество твердой фазы, при которой прекращается протекание расплава. Использование этого параметра позволяет отрегулировать работу модуля так, чтобы моделировать остановку течения переохлажденного расплава. В качестве эталона можно использовать справочные данные по жидкотекучести.

autovaz

Литье под давлением (ОАО «АВТРАМАТ»)

Заливка_Сантехприбор

Заполнение формы расплавом (ОАО «Сантехприбор»)

Остывание отливки и формы

Модуль «Фурье-3D» выполняет расчет температурных и фазовых полей с учетом выделения тепла при кристаллизации, решает фильтрационную задачу, включая моделирование полей давления. Модуль позволяет рассчитать:

  • ход кристаллизации отливки (температура и доля жидкой фазы);
  • перегрев и переохлаждение формы;
  • тепловые узлы в отливке и форме;
  • усадочные раковины, макро- и микропористость.

«Фурье-3D» позволяет проводить сложные многоступенчатые расчеты, в процессе которых могут меняться условия охлаждения и геометрия расчетной области. Качество и достоверность расчета напрямую связаны с возможностью сквозного моделирования технологии. В системе «ПолигонСофт» могут быть последовательно смоделированы все этапы технологического процесса получения отливки: нагрев формы, остывание формы перед заливкой, заполнение формы, утепление блока после заливки, выдержка после заливки, остывание в термостате или на полу в цехе, снятие изоляционных материалов, выбивка и т.д.

 
avtovaz2

Температура и пористость (ОАО «АВТОВАЗ»)

 

Пористость (Беккерман Эксперимент)

Моделирование усадочной пористости в пластине и сравнение с экспериментальными данными (К. Бекерманн)

Циклические процессы

ctsikl1

Контроль изменения температуры формы по циклам при ЛПД в модуле «Мираж-Л»

 
При некоторых способах литья (например, при ЛПД) важно определить момент, когда форма выходит на температурный режим, который будет определять качество продукции. «Фурье-3D» позволяет проводить циклические расчеты и учитывать разогрев формы на предыдущих циклах, охлаждение формы при ее разъеме, установку стержней.

Радиационный теплообмен

Благодаря использованию метода конечных элементов «Фурье-3D» может решать задачи теплообмена с учетом переизлучения и затенения. Это необходимо не только при литье в вакууме, но и при заливке литейных блоков-«кустов» по технологии ЛВМ без использования опорного наполнителя. Расположение отливок на кусте, расположение блоков относительно друг друга при заливке и остывании может существенно влиять на картину пористости. 
rad

Расчетная область для моделирования ЛВМ в вакууме (ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют») 

Пористость

Одно из несомненных преимуществ СКМ ЛП «ПолигонСофт» – модель усадочной макро- и микропористости, которая позволяет прогнозировать образование дефектов в отливках ответственного назначения (рабочие и сопловые лопатки ГТД, моноколеса, крыльчатки насосов и т.п.). Долгое время эта модель была не только самой передовой и точной, но и единственной в мире. «ПолигонСофт» и сегодня успешно конкурирует с лучшими мировыми СКМ ЛП, уступая им в функциональности, но не в точности прогноза усадочных дефектов.

Начиная с версии 13.4 в модуль «Фурье-3D» внедрена новая модель формирования усадочной раковины и макропористости, основанная на усовершенст вованном методе пошагового определения формы усадочной раковины с учетом капиллярного эффекта и падения давления при кристаллизации тепловых узлов.

por

Сравнение формы усадочной раковины:
справа — стандартная модель МАКРО;
слева — новая модель МАКРО
 

 

Коробление и трещины

Модуль «Гук-3D» предназначен для расчета температурных напряжений и деформаций, возникающих в отливке и форме в процессе остывания. Расчет производится на основе созданной А.А. Ильюшиным теории малых упругопластических деформаций и метода Ньютона. Модуль позволяет рассчитать:

  • температурные напряжения;
  • деформации;
  • коробление отливки;
  • места вероятного образования холодных и горячих трещин.

Надежность и устойчивость алгоритмов модуля «Гук-3D» позволяет использовать его для моделирования процессов термообработки (например, закалки в воду) с целью определения остаточных напряжений, деформаций, коробления и возможного разрушения. Современная версия модуля «Гук-3D» позволяет вести расчет напряжений как в отливке, так и форме, имеющих до трех произвольно ориентированных плоскостей симметрии. Модуль поддерживает режимы ручной и автоматической фиксации отливки в пространстве. Механизмы записи состояния расчета позволяют продолжать прерванный по техническим причинам расчет или перезапускать его с измененными параметрами и/или с произвольного сохраненного момента времени.

korob

Трещины в отливке (ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют») 

 

Моделируемые литейные технологии

СКМ ЛП «ПолигонСофт» позволяет использовать в расчетах любые сплавы и неметаллические материалы (теплоизоляция, футеровка, стержни, форма и т.д.), моделировать все самые популярные литейные технологии и некоторые специальные процессы:

  • литье в песчаные формы с любым связующим;
  • литье в кокиль (в том числе охлаждаемый);
  • литье по выплавляемым моделям;
  • литье в вакууме (в том числе направленная кристаллизация);
  • литье под высоким давлением;
  • литье под низким давлением;
  • непрерывное литье;
  • жидкая штамповка;
  • затвердевание с учетом подвода электрического тока;
  • циклические процессы.
por2

Микропористость в лопатке ГТУ (ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют») 

Базы данных СКМ ЛП «ПолигонСофт»

Для моделирования литейной технологии необходимо использовать тепловые, усадочные, механические и другие свойства материалов отливки, формы и сред. СКМ ЛП «ПолигонСофт» имеет в своем составе гибкий и многофункциональный модуль «Сплав», объединяющий в себе справочник, средства хранения, редактирования и синтеза свойств материалов, граничных и начальных условий.

«ПолигонСофт» поставляется со стандартной базой данных, в которую входят свойства некоторых сталей, чугунов, алюминиевых, никелевых, титановых, медных, цинковых и драгоценных сплавов. Кроме того, вместе с системой поставляется база данных материалов формы, куда входят свойства песчано-глинистых и жидко-стекольных смесей, керамик, шамотов, асбеста, дроби, теплоизоляционных и многих других материалов, применяемых в литейном производстве. Эти базы данных могут быть отредактированы и пополнены пользователем.

bd

Редакторы модуля «Сплав» 

Функция «Синтез»

Встроенный механизм синтеза позволяет прогнозировать свойства ряда литейных сплавов по их химическому составу:

  • серых чугунов (по аналитическим зависимостям);
  • сталей (статистическая обработка);
  • алюминиевых сплавов (статистическая обработка).

Свойства, вычисляемые с помощью статистического подхода, зависят от базы сплавов, которая также может быть пополнена пользователем самостоятельно для повышения точности прогноза.

Граничные и начальные условия

Принятая в СКМ ЛП «ПолигонСофт» система начальных и граничных условий на основе индексации объемов и границ позволяет настраивать работу программы так, чтобы минимизировать время на подготовку к расчету и снизить требования к квалификации персонала при сохранении качества инженерного анализа литейной технологии. Пользователь единожды создает файлы граничных и начальных условий, отвечающие требованиям литейного производства предприятия, а затем лишь использует готовые шаблоны в каждодневной работе. Такой подход позволяет оперативно проводить серию расчетов с разными моделями, но в одинаковых условиях.

Справочник

Справочник является одним из наиболее важных элементов модуля «Сплав» и содержит информацию о значениях практически всех свойств и параметров материалов, необходимых для выполнения расчетов. Эти сведения получены из справочной литературы, из публикаций в периодических изданиях, некоторые данные экспериментально получены разработчиками СКМ ЛП «ПолигонСофт».

СКМ ЛП «ПолигонСофт» для крупногабаритного литья

Благодаря использованию метода конечных элементов система «ПолигонСофт» с успехом применяется для моделирования очень больших и при этом сравнительно тонкостенных отливок.

В сочетании с возможностью использовать симметрию и многопоточные вычисления процесс моделирования занимает вполне приемлемое время. При этом используемые вычислительные ресурсы (в первую очередь объем оперативной памяти) не выходят за рамки обычных офисных ПК. 

bigcast1 
bigcast2

Отливка «Рама» (ЗАО «Петрозаводскмаш»)

Габариты: 8700x2000x2080 мм. Средняя толщина стенки: 30 мм. Расчетная модель содержит 677 700 узлов и 3 170 621 элемент

 

Моделирование непрерывного литья

Начиная с версии 13.1, СКМ ЛП «ПолигонСофт» может использовать для моделирования конечно-элементные модели с несовпадающими сетками. Это не только упрощает процесс подготовки модели к расчету, но и позволяет задавать «скользящие» контакты типа «отливка-форма», «форма-форма» и «отливка-отливка» при взаимном перемещении геометрических объектов. Новые возможности позволяют рассматривать задачи непрерывного литья — в частности, моделировать начальную стадию процесса: вытягивание слитка. Моделируются условия предпусковой выдержки и протяжка с охлаждением металла в кристаллизаторе, в охлаждающей среде ниже кристаллизатора и затем на воздухе.

contcast2a

Температура в системе на момент завершения предпусковой выдержки 

contcas2b

Детализация тепловой картины в зоне кристаллизатора 

contcast2c

Детализация тепловой картины в сформированной части литой заготовки 

СКМ ЛП «ПолигонСофт» для литья слитков

«ПолигонСофт» применяется для моделирования процессов формирования крупных стальных кузнечных слитков. Такие слитки массой от 100 до 500 тонн используются в качестве заготовок для изготовления роторов турбин, прокатных валков, валов для установки судовых гребных винтов. Поскольку продолжительность их заливки может достигать одного часа, а продолжительность кристаллизации – десятков часов, становится принципиальным точное моделирование теплопередачи между отливкой и формой.

Метод конечных элементов позволяет располагать узлы сетки непосредственно на границе раздела тел, что в сочетании с использованием совпадающих сеток отливки и формы минимизирует погрешность и позволяет с высокой точностью рассчитать процесс остывания слитка. 

slit1

Конечно-элементная модель слитка массой 142 т, представленная в препроцессоре «Мастер-3D» 

 

ЗАО «СиСофт» приняло участие в научно-исследовательской работе, организованной компанией Siemens совместно с ОАО НПО «ЦНИИТМАШ». В ходе этой работы было проведено моделирование технологии производства двух слитков и сравнение полученных результатов с экспериментальными данными. Сравнение кривых охлаждения, полученных в СКМ ЛП «ПолигонСофт», с замерами, сделанными с помощью термопар, установленных на глубине нескольких миллиметров под поверхностью различных частей оснастки, показало хорошее согласование результатов расчета с данными эксперимента.

Изложница должна выдерживать как можно большее количество наливов, однако длительные термические напряжения способны вызвать ее растрескивание. Поэтому исследование ее стойкости представляется весьма актуальной задачей. Анализ в модуле «Гук-3D» напряженно-деформированного состояния изложницы по критерию склонности к образованию трещин позволяет выявить расположение опасных зон и по возможности принять меры для снижения температурных напряжений в ее теле.

slit2

Моделирование склонности к возникновению трещин в модуле «Гук-3D» (опасные зоны выделены красным цветом) 

slit3

Изменение во времени температур в различных точках на поверхностях оснастки слитка массой 142 т – согласно результатам моделирования в СКМ ЛП «ПолигонСофт» (сплошные линии) и экспериментальным данным (пунктир) 

Моделирование внутренних холодильников

Внутренние холодильники изготавливают из того же сплава, что и отливку, и устанавливают внутрь полости формы, образующей тело отливки. При заполнении формы расплавом внутренние холодильники частично или полностью расплавляются и свариваются с основным металлом. Технологов интересует, как спроектированный холодильник влияет на тепловую картину отливки, ее кристаллизацию и насколько эффективно предотвращает возникновение усадочной пористости.

Возможность моделирования этого процесса — особенность, отличающая СКМ ЛП «ПолигонСофт» от многих подобных систем. Холодильники задаются отдельными элементами расчетной системы, имеющими в начале расчета заданную температуру. Далее, в процессе кристаллизации, они рассматриваются решателем «Фурье-3D» как часть отливки. Это дает возможность рассчитать плавление холодильников с учетом поглощения тепла при фазовом переходе, а значит корректно прогнозировать возникновение пористости и температурных напряжений в местах их установки.

 

holod

Места установки внутренних холодильников

holod2

Плавление внутренних холодильников в отливке «Рама боковая» (ЗАО «АзовЭлектроСталь») 

Дополнительные возможности

СКМ ЛП «ПолигонСофт» обладает большими возможностями критериального анализа полученных результатов. С помощью модуля «Критерий-3D» можно рассчитывать и анализировать такие свойства и параметры, как структура, твердость, пригар, размыв формы, скорость охлаждения и т.п. Модуль содержит широкий набор встроенных функций, позволяющих пользователю создавать собственные критерии анализа, отвечающие конкретному производству: степени, логарифмы тригонометрические, градиенты, скорости изменения величин, поиск минимального и максимального значений, а также многие другие. 

Расчет прочности (ОАО «Звезда») 

ext2

Окно модуля «Критерий-3D» с активной панелью встроенных функций

Дополнительные возможности: критерий Ниямы

Хотя СКМ ЛП «ПолигонСофт» прогнозирует усадочную пористость, используя собственную специализированную модель, пользователь может применять модуль «Критерий-3D» для расчета критерия Ниямы. Этот безразмерный критерий учитывает местные тепловые условия, долгое время он являлся стандартным для всех программных пакетов моделирования литья. Многие литейные производства по всему миру до сих пор используют его для прогнозирования пористости в отливках. Литейщики, применяющие моделирование, анализируют карты значений критерия Ниямы и предполагают, что усадочная пористость будет образовываться в областях, где критерий Ниямы ниже некоторой критической величины.

niyama

Прогноз усадочных дефектовв отливке: стандартная модель усадочной пористости СКМ ЛП «ПолигонСофт» (слева); критерий Ниямы, полученный с помощью модуля «Критерий-3D» (справа) (ЗАО «ПОЛЕТЭЛИТА»)