Моделирование тепловых процессов, происходящих в металлических формах и анализ их прочности для получения титановых отливок в условиях центробежного литья

Отливки для авиадвигателей изготовляют центробежным литьем в условиях вакуума из титановых сплавов в керамические, графитовые или металлические формы. Вопросы, связанные с применением кокилей для титанового литья малоизучены, особенно в случае изготовления сложных, протяженных, тонкостенных отливок. При эксплуатации таких кокилей возникают значительные механические и термические напряжения, приводящие к короблению, появлению сетки разгара и последующему разрушению формы.

Цель данной работы – изучение особенностей теплопередачи, распределения термических напряжений, деформаций возникающих в металлической форме и разработка технологии для получения качественных отливок при заливке титановых сплавов в кокиль.

 В работе будет рассмотрена возможность изготовления кокилей из стали 20Л (ГОСТ 977-88), которая легко поддается механической обработке, легко сваривается, имеет хорошие эксплуатационные свойства для изготовления титановых отливок с предположительной стойкостью кокилей до 100 – 150 заливок.

Учитывая возможности плавильно-заливочной установки фирмы «ALD» (металлоемкость, максимальная скорость вращения формы, максимальный размер формы), было проведено моделирование процесса заливки и последующего затвердевания в системе ProCast фирмы «ESI Group» (Франция), с целью получения отливки «Стойка» требуемого качества по выбранной технологии литья в кокиль с графитовыми стержнями, также были изучены термические нагрузки  на форму во время ее заполнения.  

В системе автоматизированных инженерных расчётов ANSYS будут производиться тепловые расчеты, анализ прочности и деформации формы.

Работа выполняется под руководством проф. Белова В.Д. в рамках проекта «Разработка и внедрение литейных технологий нового поколения для создания высокотехнологичного производства по изготовлению высокоточных отливок из алюминиевых, магниевых и титановых сплавов для газотурбинных двигателей» по постановлению правительства РФ №218.