Застосування комп’ютерної техніки в технологічній та інженерній практиці

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра ПМ і ТКМ

 

 

 

“ЗАСТОСУВАННЯ КОМП’ЮТЕРНОЇ ТЕХНІКИ В ТЕХНОЛОГІЧНІЙ ТА ІНЖЕНЕРНІЙ ПРАКТИЦІ”

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

З ДИСЦИПЛІНИ

“Основи комп’ютерного матеріалознавства”

 

 

 

 

 

 

 

 

Виконала __________Ворона О.В.

 Група  МТмз-32с

Перевірив _______ __ Дегула А.І.

 

 

 

Суми  2013

Зміст

С.

Вступ.           

Опис програмного забезпечення.       

Програмне забезпечення LVMFlowCV.      

 КОМПАС- 3D v10         

Опис виконання роботи.        

Термодинамічний розрахунок.        

Подвіна діаграма стану Fe-Cu       

Висновок.           

Література           

Додатки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

Процес проектування будь-якого  виробу традиційно прийнято поділяти на кілька стандартних етапів , таких  як формування зовнішнього вигляду  виробу ( ескізний проект) , аналіз його характеристик міцності, оптимізація  конструкції з урахуванням перших двох етапів , технологічне опрацювання  конструкції виробу , створення експериментальних  зразків , натурні випробування і  т. д. Оскільки процесу проектування властиво неодноразово повертатися  до початку проекту , питання автоматизації  проектування має актуальність для  більшості підприємств і конструкторських бюро.

З появою сучасних систем автоматизованого проектування ( САПР) інженер може відразу працювати в реальному тривимірному просторі ( 3D). Тепер проектування йде не від 2D креслення до 3D вигляду виробу , а у зворотному напрямку - від просторової моделі до автоматично згенерованих кресленнями, минаючи витрати часу на їх створення . Також у деяких системах 3D модель безпосередньо може передаватися у виробництво. Більшість сучасних 3D систем - твердотільні . Це дає можливість працювати з моделями в зовнішніх розрахункових програмах ( Ansys , NE / Nastran , Abaqus ) , що значно спрощує роботу конструктора і технолога .  Перевагою сучасних САПР стала « параметризація » ескізу , моделі , креслення:

1 ) змінювати розміри об'єкта  тепер можна простим « перетягуванням  » ліній або редагуванням їх  розмірів;

2 ) змінивши розмір в 3D моделі , автоматично будуть перебудовані модель - збірка і робочі креслення ;

3 ) відпадає необхідність  викреслювати нові деталі , якщо вони відрізняються тільки розмірами шляхом створення нової конфігурації істотної деталі .

 

 

 

 

 

 

 

1. Опис програмного забезпечення

1.1 Програмне забезпечення LVMFlowCV .

LVMFlowCV - професійне рішення для розробників ливарної технології .

Сучасні ливарні технології вже зараз дозволяють виготовляти  відливки високої якості вельми складної конфігурації, практично не потребують додаткової обробки. Однак витрати на їх виготовлення залишаються ще високими. Застосування наукомістких технологій, зокрема, систем комп'ютерного моделювання фізико - хімічних процесів, що відбуваються під час формування відливки, дозволяє, з одного боку, переходити до відливок все більш і більш складної форми, використовуючи все більшу номенклатуру сплавів, з іншого боку, скорочувати витрати на налагодження технології, замінюючи натурний експеримент обчислювальним. Сучасні програми комп'ютерного моделювання, засновані на фізичних теоріях теплових, дифузійних, гідродинамічних і деформаційних явищ здатні адекватно відобразити картину фізико - хімічних процесів, що відбуваються при заповненні рідким металом форми, кристалізації багатокомпонентного сплаву, відпалу і т.д.

Система LVMFlowCV зручна і досить проста в експлуатації. Її інтерфейс  повністю лежить в рамках стандарту  інтерфейсу Windows. Термінологія меню і  діалогів звична і зрозуміла для  фахівця, який працює в ливарному виробництві. Меню системи продубльовано панеллю інструментів з іконками, досить точно відбивають суть інструменту та що дозволяє скоротити число операцій при роботі з системою. При виникненні труднощів завжди можна скористатися Довідкової системою.

Нова версія LVMFlowCV 4.4

LVMFlowCV може використовуватися  практично для всіх ливарних процесів:

• лиття в землю ;

• лиття в кокіль ;

• лиття під високим тиском;

• лиття під низьким тиском;

• лиття по виплавлюваних  моделях.

LVMFlowCV надає можливості  для комплексної оптимізації ливарних технологій ще до виготовлення будь-якої форми.

Застосування LVMFlowCV дозволяє:

• оптимізувати режими заливки  сплаву і затвердіння відливки;

• оптимізувати ливникову  систему.

LVMFlowCV дозволяє аналізувати процеси лиття при використанні різних матеріалів:

• вуглецеві сталі,

• леговані сталі,

• чавуни (сірі, білі, ковкі і високоміцні),

• алюмінієві, титанові, бронзові  магнієві сплави, а також сплави на нікелевій і мідній основі та ін.

Застосування LVMFlowCV дозволяє:

• помітно зменшити витрати  часу на проектування та технічну підготовку виробів,

• підвищити якість виливків і, як наслідок, готових виробів

• збільшити конкурентоспроможність виробів,

• знизити загальні витрати часу на виробництво виробів,

• знизити собівартість виливків і готових виробів,

• мінімізувати відходи ливарного виробництва, зменшити матеріалоємність,

• значно зменшити, а в  деяких випадках повністю виключити  брак.

LVMFlowCV побудована за модульним  принципом:

Модуль «Налаштування»,

Модуль «3D імпорт»,

Модуль «Банк матеріалів»,

Модуль «Завдання технологічних параметрів»,

Модуль «Заливка & Затвердіння»,

Модуль «Напруження»,

Модуль «Банк паспортів»,

Модуль «Тест».

В даний час існує велика кількість систем геометричного  моделювання (ProEngineer, SoliWorks, і т.д.), що дозволяють створити геометричний образ відливання і технологічного оснащення та передавати його в інші CAD системи в форматах IGES, STEP, DXF, STL. Для зв'язку з системами геометричного моделювання в LVMFlowCV мається конвертор, що перетворює файли форматів STEP, DXF, STL, ASCII у внутрішній формат LVMFlowCV.

Рисунок 1 Модуль «3D імпорт»

Модуль «3D імпорт», також виконує наступні функції:

Зміна орієнтації відливки в просторі. У процесі налагодження технології буває необхідно міняти орієнтацію виливки щодо поля тяжкості. Для повороту виливки передбачено два варіанти: а) числове завдання кутів Ейлера; б) обертання виливки за допомогою пристрою «миша» з візуальним контролем за її орієнтацією.

Масштабування геометричного образу відливки. 3D Імпорт дозволяє змінити масштаб геометричного образу виливки за допомогою вибору системи одиниць виміру (мм, см, дюйми і т.д.).

Збірка конструкції з  геометричних образів , що зберігаються в різних файлах. Наприклад , маючи в окремих файлах геометрію відливків, ливниково - живильної системи, прибутків, можна реалізувати різні компонування елементів і створювати різні конструкції.

Модуль « Банк матеріалів»

LVMFlowCV призначений для  моделювання процесів формування  відливків в реальних цехових умовах. Промислові сплави в переважній більшості є багатокомпонентними системами. Для моделювання кристалізації сплаву необхідна його фазова діаграма. На жаль, повних багатокомпонентних діаграм стану не існує. Досить вивченими є фазові діаграми систем. У зв'язку з цим, в модулі «Банк матеріалів» виробляється наближений розрахунок положення фазових рівноваг багатокомпонентного сплаву методом деформації двокомпонентної діаграми стану. З цією метою дані по сплавах в базі даних розбиті на класи: вуглецеві сталі, леговані сталі, чавуни, бронзи, силуміни і т.д.

Клас характеризується бінарною (базовою) рівноважною діаграмою стану, параметрами, що визначають деформацію діаграми при додаванні до подвійної системи інших елементів, і кінетичними коефіцієнтами фазових перетворень. Для конкретного сплаву, що належить певному класу, введені: хімічний склад, теплота фазових переходів і поріг протікання. Хімічний склад сплаву, теплота фазових переходів і характеристика класу дозволяють визначити інтервал і кінетику кристалізації даного сплаву .

Рисунок 2 Модуль Банк Даних

Поріг протікання - це експериментальний  параметр, що визначає мінімальне значення частки рідкої фази, при якій можливе протікання рідини в двофазній зоні. Крім класів ливарних сплавів в базі даних існує клас матеріалів форм, куди занесені найбільш часто вживані формувальні матеріали, вогнетривкі, ізоляційні матеріали і метали.

Модельовані процеси протікають в широкому температурному інтервалі, на якому значення теплофізичних властивостей матеріалів можуть змінюватися в кілька разів. Тому як для матеріалів форм так і для сплавів введені температурні залежності теплопровідності, теплоємності, щільності.

Якщо база даних не містить потрібних користувачеві сплавів і матеріалів форм, вона може бути поповнена самим користувачем. Введення і коригування даних здійснюється в простому діалозі і супроводжується графічним відображенням вводяться значення. Коригуються тільки дані по металам і матеріалам форм, параметри класів користувачем відкориговані бути не можуть. Така корекція, а також введення нових класів сплавів виробляються розробником на замовлення користувача.

Модуль « Завдання технологічних  параметрів »

Призначений для завдання початкових і граничних умов, а так само інших технологічних параметрів .

Модуль « Завдання технологічних  параметрів » дозволяє:

- Створити сітку в розрахунковій області

- Поставити на кордонах  розрахункової області умови  теплообміну.

- Поставити початкові  температури форми і заливаємого металу .

- Сформувати параметри  заливки.

- Ввести параметри додаткових  технологічних прийомів

У LVMFlowCV елементарною клітинкою  різницевої сітки є куб. При цьому усередині кожного осередку може виявитися досить довільне число локальних тіл, розділених внутрішніми, по відношенню до комірки, поверхнями розділу. Ці внутрішні поверхні розділу в осередках є частинами вихідних точних STL кордонів. В об'ємній частині - комірки є цілими (не перебувають з частин) і утворюють регулярну прямокутну сітку. Тому для автоматичної генерації сітки досить ввести один параметр - розмір комірки (крок сітки), або задати загальна кількість вузлів сітки. Чим менше крок сітки, тим точніше рішення, яке вийде в процесі рахунку.

Рисунок 3 Модуль завдання технологічних параметрів.

Завдання граничних умов на кордоні розрахункової області  здійснюється вибором одного з чотирьох варіантів :

а ) на кордоні розрахункової  області підтримується задана температура;

б) межа розрахункової області є площиною симетрії;

в) за межами кордону розрахункової  області розташовується нескінченна  форма;

г ) межа розрахункової області є кордоном форма - повітря.

Завдання початкових температур форми і заливаємого металу.

Створену в системі геометричного моделювання конструкцію можна доповнити побудовою оболонки навколо будь-якої частини відливки. Для цього достатньо вказати цю частину відливки і задати товщину оболонки. Оболонка стає таким же елементом технологічної оснастки, як і ті деталі, що побудовані в системі геометричного моделювання. У разі неоднорідного технологічного оснащення для кожного матеріалу можна задати свою власну початкову температуру.

Формування параметрів заливки.

У LVMFlowCV закладена можливість моделювання різних видів заливки: гравітаційне лиття, лиття з ковша, лиття під тиском і ін. Завдання місця харчування металом (ливникової точки) проводиться на кордоні розрахункової області в крапці, що належить відливці або ливниково - живильній системі .

Для гравітаційного лиття  задається напір - висота стовпа рідини над перетином, в якому встановлена ливникова точка і коефіцієнт, що характеризує зменшення потоку розплаву, викликане тертям рідини об стінки заливального пристрою.

Для лиття під тиском задається або швидкість вхідного потоку , або масова витрата розплаву. При завданні одного з параметрів, другий автоматично розраховується. Зміна швидкості вхідного потоку в часі можна задати спочатку формуванням таблиці «час - швидкість» або організацією системи сенсорів. Встановлені у відливок сенсори працюють таким чином: коли фронт розплаву проходить через сенсор відбувається зміна швидкості вхідного потоку.

Рисунок 4 Модуль завдання технологічних параметрів

Введення параметрів додаткових технологічних прийомів.

На межі метал - форма можна  ввести параметри, що характеризують антипригарне покриття, а також параметри, що враховують утворення повітряних зазорів між металом і формою в процесі затвердіння відливки.

Установка датчиків.

Для більш детального аналізу користувач може встановити датчики в будь-якому місці розрахункової області (у відливці або приладах). Показання датчиків виводяться у вигляді графіків тимчасової залежності виведеної функції (температури, швидкості зміни температури, частки рідкої фази, швидкості течії розплаву, вхідного потоку розплаву).