Уральский федеральный университет, г. Екатеринбург

О. М. Огородникова, доцент кафедры «Электронное машиностроение», рук. Техноцентра компьютерного инжиниринга, e-mail: O.M.Ogorodnikova@bk.ru

ОАО «Уральский институт металлов», г. Екатеринбург

Д. Г. Рябов, науч. сотр.

В. С. Радя, зав. лаб., лаборатория литейного производства

Актуальность работы обусловлена необходимостью внедрения современных технологий проектирования и компьютерного исследования цифровых моделей в повседневную практику металлургического производства. Компьютерному инженерному анализу Computer Aided Engineering (САЕ) были подвергнуты литые изложницы, используемые на Среднеуральском медеплавильном заводе для получения слитков черновой меди. Сформулированы и верифицированы по показаниям тепловизора граничные условия теплопередачи через поверхности «изложница – слиток», «изложница – внешняя среда», «слиток – внешняя среда». В соответствии с верифицированной моделью нестационарной теплопроводности проведено компьютерное вычисление температурных полей в изложнице при кристаллизации черновой меди. Построен алгоритм связанного анализа температурных полей и напряженно-деформированных состояний. На послойной конечно-элементной сетке реализована вычислительная модель, позволяющая оценить коробление и растрескивание изложницы при эксплуатации. На этапе анализа прочности, трещиностойкости и коробления изложницы в качестве тепловой нагрузки, вызывающей появление внутренних напряжений и остаточных деформаций, приложены вычисленные на первом этапе нестационарные, неравномерные температурные поля. Результаты компьютерного моделирования использованы для оптимизации конструкции изложницы. Изготовлена партия литых изложниц усовершенствованной конструкции, в дальнейшем прошедшая опытную эксплуатацию. Средняя стойкость опытных изложниц увеличена на 15 %. К моменту их выхода из строя коробление стенок и дна не наблюдалось. Таким образом, компьютерное моделирование теплового режима изложницы при кристаллизации слитков черновой меди является эффективным инструментом совершенствования технологических процессов.

1. Абрамов В. В., Курганов В. А. Термоуравновешенная металлургическая изложница. — М. : Металлургия, 1988. — 144 с.
2. Петров Д. Н., Смыков А. Ф., Бережной Д. В. Оценка эффективности воздействия на затвердевание слитков в изложницах // Металлургия машиностроения. 2011. № 3. С. 42–45.
3. Огородникова О. М. Исследовательская функция программ CAE в сквозных технологиях CAD/CAE/CAM // Вестник машиностроения. 2012. № 1. С. 25–31.
4. Пигина Е. В., Мартыненко С. В., Огородникова О. М. Оптимизация литейных технологий методами компьютерного инженерного анализа // Инженерный журнал. 2007. № 2(5). С. 10–13. 5. Вейник А. И. Теплообмен между слитком и изложницей. — М. : Металлургиздат, 1959. — 355 с.
6. Ehlen G. Transiente numerische Simulation komplexer Konvektionseffekte wahrend der Erstarrung beim Giessen und Schweissen : dissertation ... Dr. Natur. — RWTH Aachen. 2004. — 352 p.
7. ГОСТ Р 54310–2011. Медь черновая. Технические условия. — Введ. 2011-09-01. — М. : Изд-во стандартов, 2011.
8. Вайсс К., Огородникова О. М., Попов А. В. Компьютерный инженерный анализ отливок в программе WinCast. Тенденции в литейном производстве // Литейное производство. 2002. № 7. С. 25–26.
9. Огородникова О. М. Компьютерная диагностика дефектов и механических напряжений в литых деталях // Дефектоскопия. 2011. Т. 47, № 8. С. 85–94.
10. Огородникова О. М., Мартыненко С. В. Связанный анализ технологических процессов и нагруженных состояний литой детали // Металлы. 2012. № 5. С. 19–21.