Оптимізація параметрів лиття алюмінієвих сплавів під високим тиском з урахуванням динаміки процесу пресування

Анотація

У статті запропоновано комплексний підхід до вдосконалення технологічного процесу лиття алюмінієвих сплавів під високим тиском, який базується на урахуванні динаміки пресування рідкого металу в межах формоутворювальної камери. Обґрунтовано теоретичні засади взаємозв’язку між режимами подачі розплаву, конфігурацією литникової системи, характеристиками сплаву Аl-Si та механізмами формування внутрішньої структури виливків. Особливу увагу приділено впливу швидкості переміщення поршня, рівня тиску ущільнення, температурних градієнтів у прес-формі та фазовим переходам, що виникають у ході тверднення. Теоретичний аналіз базується на положеннях гідродинаміки, термокінетики та механіки деформівного тіла, що дозволяє створити інтегровану модель процесу лиття як багатофакторної та нестабільної системи. У межах дослідження акцентовано на складності контролю заповнення порожнини форми при високих швидкостях та коротких циклах лиття, характерних для промислових ливарних систем. Встановлено, що динамічні характеристики потоку розплаву критично впливають на ризики формування таких дефектів, як газові включення, турбулентні шви, локалізована пористість і термічні тріщини. Теоретична модель, побудована з використанням методу скінченних елементів, дозволяє досліджувати просторово-часову еволюцію температурних полів, тиску, швидкості потоку та щільності тверднення у ключових зонах прес-форми. На основі моделювання розроблено низку теоретичних рекомендацій щодо варіативного регулювання швидкості поршня та ступеня стискання металу залежно від стадії заповнення. Показано, що впровадження принципів адаптивного термокінетичного керування, зокрема шляхом контролю тепловідведення через охолоджувані канали прес-форми, забезпечує зменшення внутрішніх напружень, збереження однорідності структури та рівномірність охолодження по всьому об’єму виливка. Вдосконалений алгоритм управління циклом охолодження дозволяє мінімізувати час витримки перед відкриттям форми, скорочуючи тривалість виробничого циклу без втрати якості продукції. Узагальнені результати підтверджують ефективність запропонованого теоретичного підходу: за моделювальними розрахунками кількість дефектів може бути знижена на 30-40%, а щільність виливків – підвищена на понад 10% у порівнянні з традиційними технологічними картами. Запропонована система оптимізації параметрів лиття алюмінієвих сплавів під високим тиском сприяє підвищенню технологічної надійності, енергоефективності та відтворюваності результатів, що особливо актуально у контексті цифровізації виробництва та впровадження концепцій «розумного лиття». Застосування динамічного моделювання у поєднанні з адаптивним керуванням відкриває нові можливості для створення саморегульованих систем лиття, здатних до самонавчання та автоматичної корекції параметрів у відповідь на зміну властивостей матеріалу чи зовнішніх умов