6. Zastosowanie techniki komputerowej w odlewnictwie

Komputerowy system wspomagania przemysłu CAI (Computer Aided Industry):

• komputerowe wspomaganie prac biurowych CAO (CA Office)

• komputerowe planowanie technologiczne i sterowanie produkcją CAP (Planning)

• komputerowe wspomaganie projektowania konstrukcji CAD (Design)

• komputerowe wspomaganie wytwarzania CAM (Manufacturing)

• komputerowe wspomaganie nadzoru nad jakością CAQ (Quality Assurance)

CAD:

• projektowanie formy

  • wprowadzenie do komputera danych z rysunku

  • obliczanie parametrów odlewu

  • dobór parametrów budowy formy (układ wlewowy and stuff)

  • analiza przekrojów - gdzie są węzły cieplne i potrzeba zasilania

  • dokumentacja

  • symulacje

• projektowanie procesu przygotowania metalu

• projektowanie procesu zalewania formy

CAM - programy do sterowania procesami produkcyjnymi

CAD+CAM - systemy wspomagania w procesach topnienia metali - komputerowy system nadzoru pieców indukcyjnych sprzęgnięty z układem sterowania pieca i systemem ważenia

CAQ - systemy czujników (mechaniczne, elektryczne, laserowe)

Metody matematyczne:

• analityczne - ujmują obliczanie układów wlewowych, zasilających, ochładzalników, rozmieszczenia modeli na płytaczh, wzorami wyprowadzonymi w oparciu o metody fizyki matematycznej lub zależności analityczno-empiryczne - komputery przyspieszają

• numeryczne - dotyczą głównie teorii cieplnej procesów odlewniczych - cyfrowe symulacje są rozwiązywaniem układów równań różniczkowych cząstkowych i warunkami jednoznaczności, nie mają rozwiązania analitycznego

Obliczanie wielkości nadlewów:

w formach na bazie piasku kwarcowego - metoda modułowa - równanie bilansu cieplnego ciekłego metalu w nadlewie: V_n=V_no+V_nz podzielone przez powierzchnię chłodzenia nadlewu. Można policzyć też moduł części ochraniającej

ostatecznie:

$$A \bullet d^{3} - M_{\text{no}} \bullet d^{2} - \frac{1}{B} \bullet V_{\text{nz}} = 0$$

A, B - współczynniki liczbowe; M_no - moduł części ochraniającej nadlewu; V_nz - zasilająca część nadlewu. Po wyznaczeniu d można ustalić wymiary nadlewu, jego objętość i moduł.

Symulacja krzepnięcia odlewów:

w modelu matematycznym procesu krzepnięcia i stygnięcia, niejednorodny obszar odlewu i formy składa się z podobszarów cieczy, fazy przejściowej (mieszania fazy ciekłej i stałej wydzielającej się z cieczy) i fazy stałej oraz podobszarów formy. Przepływ ciepła w układzie odlew forma opisuje układ równań różniczkowych Fouriera-Kirchhoffa (●układ jest izobaryczny, ●pole prędkości ruchu masy w podobszarach układu jest wektorem zerowym, ●pominięty wpływ procesów konwekcyjnych). Rozwiązanie wymaga podania warunków jednoznaczności:

• warunki geometryczne (kształt, wymiary)

• warunki fizyczne (termofizyczne właściwości układu)

• warunki graniczne (brzegowe) (charakterystyka procesu wymiany ciepła między układem a otoczeniem

• warunki początkowe (rozkład temperatury na początku)

Algorytm obliczeń krzepnięcia odlewu:

←s=1