В ЮУрГУ запатентовали метод моделирования сложных отливок для двигателей

Патент на компьютерную программу, с высокой точностью прогнозирующую физико-механические характеристики отливок из алюминиевых сплавов, получили ученые Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ), 20 мая сообщает пресс-служба вуза.

Наиболее широко применяемой технологией для получения деталей сложной формы является литье жидким металлом. Она позволяет сократить время и стоимость производства таких изделий. Поэтому доля отливок в станкостроении и двигателестроении составляет 70–80%. Однако в случае очень сложной формы детали литье ее при серийном производстве имеет определенные трудности.

Как пояснил заместитель директора Политехнического института ЮУрГУ Иван Ердаков, в этом случае каждая отливка получается уникальной, так как невозможно получить идеально одну и ту же литую структуру несколько раз подряд.

«Неизбежно происходит колебание температуры, скорости, времени заливки, а самое главное варьируется состав заливаемого металла. Это всё влияет на кристаллизацию сплава, вызывая образование микропористости и микротрещин и, как следствие, приводит к снижению эксплуатационных характеристик готовых изделий», — уточнил проблему Иван Ердаков.

Специальная программа, разработанная учеными ЮУрГУ, моделирует ключевой этап изготовления литых деталей, учитывая при этом все возможные отклонения, случайности и процессы, происходящие внутри алюминиевой заготовки от момента заливки жидкого сплава до его затвердевания. В том числе учтены скорость зарождения центров кристаллизации сплава, доли формирующихся фаз, размеры зерна, размеры микропор и другие параметры, влияющие на прочность, износостойкость и долговечность конечного продукта.

«Наша программа моделирует именно этот сложный процесс: кристаллизацию сплава — комментирует Иван Ердаков. — Благодаря ей инженеры могут заранее увидеть, какой получится структура детали и какими свойствами она будет обладать. Это значит, что они смогут выявить потенциальные проблемы еще до того, как начнется реальный производственный цикл, и принять меры по предотвращению брака».

В результате такого моделирования можно спрогнозировать качество отливок как по основным параметрам — твердости, предела прочности и относительного удлинения, так и с максимальной степенью точности имитировать на микро-, мезо- и макроуровне реальную последовательность формирования структуры металла.

Использование программы челябинских ученых в реальном производстве позволит повысить качество новых разработок, одновременно снизив затраты и ускорив выход на рынок. В сочетании с универсальными системами инженерного анализа такая программа позволит инженерам в виртуальном пространстве воспроизводить производственный процесс, проверяя его устойчивость и эффективность.

Особенно она будет полезна производителям сложных фасонных отливок, которые требуются в автомобильной, авиационной и судостроительной промышленности. Разработчики проверили эффективность ее алгоритма, проанализировав результаты более 30 лабораторных испытаний и параметры ряда промышленных образцов таких отливок, изготовленных с ее помощью на действующих производственных площадках российских заводов.