Solidifikation of Metais and Alloys, No. 32, 1997 Knepnięcie Metali i Stopów, Nr 32, 1997 J>AN - Oddział Katowiec PL ISSN 0201l-9386
32/27
SIMULACNi PROGRAM MAGMA JEMBEK Richard AXlOM TECH, s. r. o.Strojirenska 16, 591 Ol Żd'ar nad S:izavou, ĆR
Strućny popis pouZiti systemu MAGJ\.1ASOFT v praxi a technologie prace tiroto systemem, seznam nabizenych modulu a aplikace.
s
Ve srovnimi s jin0ni vyrobnimi technologiemj nabizeji odlitky vyznamne prednosti z Wediska vyrobnich mikladu a to u vetsiny soucasti, zvlaste pak u tech se sloZitou geometrii. V paslednich nekolika letech se v oblasti slevarenstvi a samotne technologie vyroby odlitkU objevila rada vyznamnych zlepseni a umoznila tak konstrukterum pouziti odlitkU i v takovych pffpadech kde na jakost a spolehlivost odlitku jsou
kładcny
nejvyssi naroky. Mezi takovato odvetv:i patl'i pf'edevsim
automobilory a leteck)' prumysl. V minulosti
było
obvykle, ze vetSina konstrukteru pohlizela na pouziti odlitku
s obrovskou neduverou a rad si je nalu·azovala jin0ni
konstrukćnimi
celky, jako napf.
v)'kovky a svaienci. Konstrukteti se domnivali, ze odlitky nemaji pfilis dobre mecharucke vlastnosti a jsou mistern kancentrace vad a tudiz
słabym ćhinkem
cele
jejich konstrukce. V
soućasne
dobe vsak je U.roven znalosti o cele slevfu:enske problematice na
takove vysi, ze je mo:Zno proclukovat vysoce kvalitni odlitky s pomeme nizkymi vyrobnimi
nakłady .
Zde se dostavfune k problematice kvality odlitku. Vady odlitku
jsou ve svem dusledku nezadoucim a velmi nepiijemnym problemem, ktery muze zpusobit znacne komplikace. Ve vyrobni praxi se setkavame s tim, ze pracovnici z vyroby pozaduji exaktni w·ceni ptićin vzniku konkretni vady, pfićemzje nutno chapat
221 ze k jejich vzniku mohlo dojit z nekolika ruznych plicin . Soućasne je nutne si uvedomit, ze vady odlitkU jsou v}'znamne z biediska ekonomicke ztraty slevatllY a ve svem diisledku mohou po~kodit i dobrejmeno slevamy. Jednim z prosti'edkii
k odstrancni vad odlitkii je pouZiti programu pro
sinmlaci plneni a tulmuti kovu. O simulovani procesu plneni a tuhnuti se v soućasne dobe hovoi'i jako o nejdokonalej~im strojirenskem nastroji, ktecy se dnes pi'i v}'robe pouZiv!i. V celosvetovem meritku vyuZiva simulaci techto procesu jiz vice jak 35 % americk}'ch slevaren. Dnes je jiz simulace na takove U.rovni, ze je mozno pf·edpovidat nejenom mista vyskytu vad uvniti' odlitku, ale i v}'slednou struktum a mechanicke vlastnosti odlitkil.. V}'voj
v~ak
pakracuje dal a jiz dnes jsou k dispozici
moduły
popisujlei zbytkove napeti, ktere se v odlitku vytvari v dusledku clefonnaci v zavislosti na ochlazovaci rychlosti dane ćasti . Samozi'ejmosti pro spnivnou pi'edpoved' vsech techto kriterii je dukladna v~ech
znalost
tepelne fyzikalnich vlastnosti pouzit}'ch materialu a
hranićnich
podnlinek procesu. Je nutne si tez objasnit ryznam pojmu "simulace" jako maximalni snallu o pi'ibliźeni se co nejvice skutecne realite. Celosvetove nejrozsrrenejsim nemecke frrmy MAGMA.
Poćatky
lety a dnes je prakticky nasazen ve
simulaćnim
programem Je MAGMASOFT
tohoto systemu zacali vznikat pred vice jak 30 v~ech
nejvetSim automobilov}'ch kancemech po
celem svete. System MAGMASOFT se vyznacuje modulovou koncepci a umoznuje tak uzivateli poskytnuti informaci o vetSine slevarensk}'ch postupu. Jeho autofi si vytyćili
heslo "od
systemu
był
slevaću
predevsim
slevaciim", coz v praxi znamena, aby uzivatelem tohoto slevać
- technolog a dokonalou znalosti slevarenske
technologie a tudiz schopnosti jednoznacne analyzovat ptićiny vzniku vad v odlitku a hledat cestyk jejich odstrancni a nikoliv aby system vyzadovat pi'itomnost specialisty na tvorbu siti a odbornika na v}'poćetni techniku. lakladnim modułem je MAGMAstandart, ktery obsahuje spn1vce projektU, intemiho modelare, automaticey sit'ov}' generator a databazi mate1ialu. Tento urnomuje i'esit v}'sledky.
siTilułaci
moduł
jak plneni tak tuhnuti kovu a nasledne analyzovat dosazene
222
Mezi nadstavbove moduły pati'i : kter}'
- MAGMAhpdc
resi
simulaci
liti
vysokotlakeho
se
vsemi
charakteristikami tohoto v)Tobniho postupu, - MAGMAlpcle
- pro simulovani nizkotlakeho liti,
- MAGMAiron
- pro simulovani odlevani litin, samozi'ejme se zohladnenim
jejich modiflkovani a
nasłedne !:,'Tafltizacl~.
Tento
moduł
rovnez wnoz-
iiuje pi'edpovidat vyslednou strukturu odlitku a dosazene mechanicke vlastnosti, - MAGMAclisa
- i'esi
odłćvani
Disamatic)
svisłou
na strojich se
prićemz
delici rovinou (tzv.
kvałitativni
podava jak
tak kvantitativni
informace o produkci na techto strojich. Mezi dalsi MAGMAthixo
moduły
(odlćvaru
pati'i MAGMAtilt (naklapeni fmmy v
prubełm
odlevani),
podobne tlakovemu liti s materiaJem v thixotropnim stavu),
MAGMAstress (predikce napeti a clefonnaci v odlitku) a MAG!vf.Asteel (pro mceni mechanick:ych vlastnosti ocelovych odlitku a jejich tepelneho zpracovani). Jak jiz było uvedeno vyse, obsahuje program MAGMASOFT interni modelar pro tvorbu geometrie, kterou si pfejeme
odsimułovat.
Druhou moi.nosti jak ziskat
geometrii je jeji naćteru z externiho CADovskeho systemu pomoci pfimych nebo obecnych pi'evodniki'I, ktere jsou rovnez soućasti nabiclky f11my MAGMA. Jsou to napi' tyto pi'evodniky : MAGMAiges
MAGMAstl
MAGMAcadds
MAGMAproE
MAGMAcad MAGMAeuklid
Obrovskou pfednosti tohoto systemu je skutecnost moznosti kombinace obou zpusobu ziskani geometrie. V praxi to znamena, ze napfiklad geometrii odlitku
223 ziskitme z CAD systemu a zb}'vajici cast technologie dotvoi'ime v intemim modeliD-i (vtokova soustava, pi'etoky, chladici soustava, atd.). Jak jiz było uvedeno
V
pi'edchozi casti jsou nutnou a zakladni podminkou
simulace nasledujici body : - spravne vstupni hodnoty materialu a
~fesna
deflnice okrajovych podminek
procesu - ilrovdi matematickeho modelu pro rypocet simulace plneni a tuluwti - soulad technologicke kazne a zadanych vstupnich hodnot pi'i rypoctu simu.lace. System łv1AGMASOFT je zalozen na metode konecnych objemu (tzv. FDM metoda). Obravskou v)fhodou teto metody je plne automatick)r generator site, ktera se
vytvili v zavislosti na poudavcich u.Zivatele. Dusledkem teto metody je skutećnost, ze uzivatel pouze kontroluje kvalitu vytvarene sitt\ a resp. upravuje vstupni parameny pi'ed jeji dalsi upravou, pi'icerni se nemusi jednat o skoleneho specialistu na tvorbu siti. Vytvoi'eni nove site je velmi
rychłe
a efektivni a doba generov[mi se pohybuje
fadove v desitkach vtei'in. Po vytvoi'eni site je mowo pfistoupit k zadlivani materialu simulace. Soucasti programu MAGMASOFT je rozsahla databaze jsou pro jednotlive
materiały
zućasmujicich
materiału,
se
ve ktere
ulozeny tepelne fyzikalni data. Tato databaze obsahuje
vsechny nejpouZivanejsi slitiny a formovaci
materiały.
Pro ziskani pi'edstavy je v ni
napi'. obsaieno zhruba 10 druhu litin, 30 typu oceli, 12 typu hlinikov)fch slitin a 5 hoi'ćikov)fch,
jakoz i bronzi, mosazi a slitiny typu lnconell pro technologii pi'esneho
liti. Mezi termofyzikalni vlastnosti pati'i tepelna vodivost, hustota, tepelm'! kapacita, tekutost, latentni teplo, atd. Po zadani vsech potfebnych materialu a ok.rajov)fch podminek je mozno pristoupit k vYIJoctu simulace plneni fonny tekutYm kovem. Tato problematika je i'dena pomoci Navier Stokesovy rovnice, ktera i'esi dynamicke proudeni taveniny uvniti' formy. Jedna se o pohybovou rovnici, popisujlei proudeni kapaliny, ktera se i'idi Newtonov)fm zakonem.
Soućasne
nestlaćitelne
je i'eseno teplot.ni, Iychlostni
224 a tlakove pole uvniti' taveniny. Spolecne s touto rovnici se tesi Fourierova rovnice odvodu tepla, ktenł popisuje ochlazovani taveniny v prubehu plnici faze a naopak ohi':ivaru formy vedenim a sallmim. Po naplneni dutiny formy taveninou je moZrlo pozorovat nerovnomeme heterogenni teplotni pole uvniti' taveniny, ktere ma samozi'ejme vliv na prubeh tuhnuti a rysledne vlastnosti odlitku. Ph rypoctu simulace tuhnuti se resi opet Fourierova rovnice odvodu tepla. Prave presnost popisu reality pomoci uvedenych rovnic je velmi duleiita z Wediska ptiblizeni se skutecnosti. Pokud by se pou.zil zjednodu.seny alg01·itmu.s rypoctu, nebo dokonce nekteni jeho l;ast zcela vypustila (napt. simulace plneni pomoci Navier Stokesovy rovnice), nebylo by potom mozne nikdy dospet ke spravn:Yrn rysledkUm, zejmena z duvodu znacne heterogenity teplotniho pole po naplneni dutiny formy tekucym kovem . Po v:Ypoctu simulace nam program MAGMASOFT nabizi radu kriti:!Iii, ktere popisuji ryslednou jakost odlitku. Z pnlbehu plneni je moZrlo pi'edpovedet mista erozivniho pusobeni kovu na formu, zpusob vypliiovani dutiny formy kovem a urcit nejryhodnejsi urnisteni pi'etoku - re sp. "ledvin". Z rysledkil tuhnuti lze potom urcit mista ryskytu tepelnych uzlu a dosazovaci schopnosti nalitku a nai'iznuti. Jednoznacne jsou potom urcena mista S v)rskytem stazenin a mikroporezit V odJitkU. Po analyze vsech techto rysledkiJ muzete pnstoupit k upravam pouzite technologie a spustcni noveho pooprawneho rypoctu simulace, pi'icemz cely tento postup urceni spravne technologie muze probihat pred vyrobenim forem, coz ve svem dusledku pi'inasi jak casovou, tak ekonomickou uspom. Na zaver bych pouzil citaci p prof. Piwonky z Alabamske Univerzity v USA : " Slevamy, ktere chteji byt v pi'istim stoleti konkureneeschopne, budou muset tuto sirnulaci vyuzivat a zaćinaji ji up lamovat jiz dnes. Slevamy, ktere ji odmitnou bud' proto, ze nevei'i, ze matematika muze odvest tak dobrou praci jako kvaliflkovany slevac, nebo proto, ze nechteji investovat do hardwam a softwaru, nebudou schopny konkurence."
