طراحی فرآیند ریخته گری و تولید آزمایشی ریخته گری پوسته تحت فشار آلیاژ آلومینیوم

1
مشخصات ساختاری و الزامات ریخته گری

اندازه اصلی ریخته گری پوسته فشار 157.8 میلی متر × 151.1 میلی متر × 64.6 میلی متر، مواد AlSi7Mg0.3 و وزن 0.91 کیلوگرم است. مدل سه بعدی و ابعاد اصلی ریخته گری در شکل 1 نشان داده شده است که بخشی کوچک و پیچیده است. الزامات فنی آن عبارتند از: تلرانس های ریخته گری پر نشده باید با BS6615/ISO 8062 و استاندارد مهندسی E3-20 مطابقت داشته باشد، عیوب باید با مشخصات مهندسی E4-05-006 مطابقت داشته باشد، و قطعات ریخته گری باید الزامات کیفیت مربوطه را در مشخصات مواد برآورده کنند. حداقل ضخامت دیواره ریخته‌گری 4 میلی‌متر است و جرقه‌ها، برآمدگی‌ها و برآمدگی‌ها روی سطوح مختلف مجاز نیستند، بنابراین باید موقعیت ریختن و سطح جداسازی را در نظر گرفت. علاوه بر این، حداکثر سطح مقطع ریخته گری در یک صفحه نیست، بنابراین سطح جداسازی را به طور منطقی طراحی کنید.

شکل 1 مدل سه بعدی و اندازه طرح ریخته گری

ضخامت دیواره قسمت میانی و فلنج عمودی ریخته‌گری پوسته فشار نسبتاً بزرگ است که به راحتی در طی فرآیند انجماد ایجاد نقاط داغ و نقص‌های انقباض می‌شود. بنابراین، رایزرها در این دو موقعیت برای تغذیه اضافه می شوند.

2
طراحی فرآیند ریخته گری

2.1 موقعیت ریختن و سطح جداسازی

ابتدا موقعیت ریختن و سطح جداسازی آن را تعیین کنید. از آنجایی که دستگاه شکل‌دهی دقیق ریخته‌گری بدون قالب برای قالب‌گیری استفاده می‌شود، لازم است در نظر بگیریم که آیا دستگاه می‌تواند قالب ماسه و هسته ماسه مربوطه را هنگام طراحی موقعیت ریختن و سطح جداسازی آسیاب کند یا خیر. پس از مراجعه به دفترچه راهنمای فرآیند ریخته گری و مقایسه مزایا و معایب موقعیت های مختلف ریختن، موقعیت ریختن و سطح جداسازی را مطابق شکل 2 انتخاب کنید. مزیت این است که مکانی با بیشترین ضخامت دیواره در قسمت بالایی قرار دارد که برای تحقق انجماد متوالی مساعد است و صفحه مرجع اندازه گیری در قسمت پایینی قرار دارد. اطمینان از کیفیت ریخته گری آسان است. سطح جداسازی عموماً مسطح است و جداسازی سطح تا حدی منحنی است، شکل نسبتاً ساده است و هیچ صفحه‌ای وجود ندارد که بر الزامات فنی نقشه تأثیر بگذارد (فلاش، سوراخ‌ها و برآمدگی‌ها برای نیازهای چند سطحی مجاز نیستند).

شکل 2 موقعیت ریختن و سطح جداسازی

2.2 طراحی سیستم هسته و دروازه شنی

با توجه به ساختار ریخته گری، دو هسته شنی همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، طراحی شده است.

شکل 3 نمودار مدل سه بعدی دو هسته شنی

از آنجایی که قطعه یک ریخته گری آلومینیومی کوچک است، پس از بررسی کتابچه راهنمای ریخته گری و اطلاعات مربوط به آن، مشخص می شود که ریخته گری آلومینیوم عمدتاً یک سیستم ریخته گری باز را اتخاذ می کند. سیستم دروازه باز می تواند اطمینان حاصل کند که سرعت جریان مایع پرکننده هنگام پر کردن قالب کم است، به طوری که پر شدن پایدار است، و همچنین می تواند از درگیری جریان آشفته و فیلم اکسید جلوگیری کند، به طوری که اطمینان حاصل شود که فلز مذاب وارد حفره نسبتاً خالص است، بنابراین این فرآیند برای یک سیستم دروازه باز، نسبت مقطع هر دونده افقی ΣA است: ΣA: ΣA مستقیم است: 1:1.4:1.3. علاوه بر این، با استفاده از سیستم ریختن مرکزی، فلز مذاب از وسط به داخل حفره جریان می یابد. از آنجایی که ساختار قطعه یک ساختار پوسته توربین است، ایجاد حباب هوا در طول فرآیند پر کردن آسان است. بنابراین، قسمت داخلی نوع تزریق جانبی در امتداد جهت مماسی پر می شود که می تواند هوا را کاهش دهد

شکل 4 طراحی سیستم دروازه (الف) 1 # هسته شنی

برای زمان ریختن آلیاژ آلومینیوم می توان از فرمول تجربی زیر برای محاسبه استفاده کرد:

در فرمول: t زمان ریختن، s است. s ضریب است، به طور کلی s = 3. G وزن کل فلز مذاب در قالب، کیلوگرم است.

از این رو زمان ریختن به صورت t=3.27s محاسبه می شود. برای کنترل زمان ریختن در ریختن واقعی، زمان ریختن 3 ثانیه در نظر گرفته می شود.

به دفترچه راهنمای آلیاژ آلومینیوم مراجعه کنید و از فرمول (2) برای محاسبه سطح مقطع اسپرو استفاده کنید:

در فرمول: ΣA کل سطح مقطع باریک ترین قسمت اسپرو، سانتی متر مربع است. η یک ضریب است، معمولاً 0.04 ~ 0.07. H هد فشار متوسط ​​سانتی متر است و فرمول محاسبه آن در فرمول (3) نشان داده شده است.

در فرمول: H0 ارتفاع اسپرو بالاتر از دونده داخلی، سانتی متر است. h0 ارتفاع ریخته گری بالاتر از دونده داخلی، سانتی متر است. h ارتفاع قالب، سانتی متر است.

سطح مقطع محاسبه شده اسپرو 2 سانتی متر مربع است. سطح مقطع و ابعاد هر قسمت از سیستم دروازه که در نهایت از طریق محاسبه به دست آمده است در شکل 5 نشان داده شده است.

شکل 5 سطح مقطع و ابعاد هر قسمت از سیستم دروازه

3

شبیه سازی و تحلیل مقدماتی فرآیند ریخته گری

فرآیند اولیه ریخته گری پوسته تحت فشار توسط نرم افزار ProCAST شبیه سازی شده است و نتایج شبیه سازی فرآیند پر شدن و انجماد در شکل 6 و شکل 7 نشان داده شده است.

شکل 6 میدان سرعت پر کردن ریخته گری در زمان 1.1 ثانیه

شکل 7 میدان دمای پر کردن و انجماد ریخته‌گری در 3 ثانیه

از شکل مشاهده می شود که فلز مذاب در امتداد رانر داخلی به دیواره حفره تزریق می شود و سپس به تدریج حفره را پر می کند. در طول کل فرآیند پر کردن، فلز مذاب نسبتاً صاف و بدون حباب گاز آشکار جریان می یابد. نتایج شبیه سازی تخلخل انقباض و حفره انقباض ریخته گری پوسته تحت فشار در شکل 8 نشان داده شده است.

شکل 8 نتایج شبیه سازی حفره انقباض و تخلخل انقباض

از شکل 8 مشاهده می شود که به جز در سیستم دروازه، عیوب حفره انقباض و تخلخل عمدتاً در بالا و قسمت ضخیم نزدیک وسط ریخته گری متمرکز شده اند و مقدار کمی عیوب نیز در قسمت پایین فلنج و باس عقب فلنج ظاهر می شود. دلیل اصلی این عیوب این است که میانگین ضخامت دیواره این قطعات نسبتا زیاد است و اتلاف گرما به راحتی انجام نمی شود.

4

بهینه سازی فرآیند ریخته گری

با توجه به ویژگی های شکل ریخته گری پوسته تحت فشار و نتایج شبیه سازی فوق، فرآیند ریخته گری بهینه شده و بالابر بالا طراحی می شود. هدف از تنظیم بالابر، تغذیه قسمت بالای ریخته گری است تا ضخامت رویه و وسط ریخته گری از بین برود. حفره انقباض جزئی و نقص تخلخل انقباض. در همان زمان، یک رایزر خروجی هوا صاف در بالای فلنج اضافه می شود که می تواند مایع و انقباض انجماد فلنج را تغذیه کند و با یک آهن سرد منسجم نیم دایره ای که در پایین فلنج قرار داده شده است برای تنظیم روش همکاری کند. توزیع میدان دمایی قسمت فلنج برای از بین بردن مقدار کمی از حفره انقباض و نقص تخلخل انقباض در قسمت فلنج استفاده می شود. علاوه بر این، 4 خروجی هوا به صورت دایره ای اضافه می شود که عمدتا برای افزایش تخلیه گاز در حفره است. طرح فرآیند ریخته گری بهینه در شکل 9 نشان داده شده است. با استفاده از نرم افزار ProCAST برای شبیه سازی، نتایج شبیه سازی حفره انقباض و نقص تخلخل انقباض در شکل 10 نشان داده شده است.

شکل 9 طرح فرآیند ریخته گری بهینه شده

شکل 10 نتایج شبیه سازی عیوب حفره انقباض و تخلخل طرح فرآیند بهینه

از شکل 10 مشاهده می شود که حفره انقباض و عیوب انقباض در بدنه اصلی ریخته گری پوسته تحت فشار همگی حذف شده اند. بنابراین، طرح فرآیند ریخته گری نهایی نشان داده شده در شکل 9 برای تولید آزمایشی تولید پذیرفته شد.

5

تولید واقعی ریخته گری پوسته تحت فشار

5.1 پردازش قالب

ماسه رزین برای ماشینکاری کنترل عددی قالب بالایی، قالب پایینی و هسته شنی توسط دستگاه ریخته گری دقیق بدون قالب دیجیتال (مدل: CAMTC-SMM2000) استفاده می شود. از ماژول پردازش نرم افزار UG برای تولید مسیر ابزار پردازش قالب شن و ماسه استفاده کنید. ابزار مورد استفاده برای ماشینکاری خشن یک چاقوی مسطح Φ8 میلی متر است. تغذیه، برش بین لایه ها.

رنگ پودر زیرکون مبتنی بر الکل را به ترتیب روی قالب شن و ماسه فرآوری شده رنگ کنید و قالب ماسه ای رنگ شده و هسته شنی در شکل 11 نشان داده شده است. قالب پایینی با هسته شنی مونتاژ شده در شکل 12 نشان داده شده است.

شکل 11 قالب های شن و ماسه و هسته های شنی رنگ شده با رنگ

شکل 12 قالب پایینی با هسته شنی مونتاژ شده

5.2 ذوب و ریختن آلیاژ آلومینیوم و پس از عملیات ریخته گری

سپس قالب را جا داده و برای ریختن آماده کنید. وزن مورد نیاز شمش آلیاژ ریخته گری AlSi7Mg0.3 (ZL101A) را در کوره مقاومتی بوته برای گرم کردن و ذوب کردن قرار دهید، دمای ذوب را روی 750 درجه سانتیگراد و دمای ریختن را روی (5±730) درجه سانتیگراد تنظیم کنید. آلیاژ آلومینیوم از ماده مخصوص گاز زدایی و حذف سرباره برای عملیات مذاب استفاده می شود و Al-5Ti-1B برای اصلاح اصلاح مذاب آلیاژ آلومینیوم استفاده می شود.

پس از خنک شدن قالب به مدت 1 ساعت، آن را در جعبه قرار داده و تکان دادند و فلاش و سوراخ های سطح جداکننده ریخته گری را با ابزار تمیز کردند. ریخته گری نهایی به دست آمده (با فرآیند ریخته گری) در شکل 13 نشان داده شده است.

بازرسی کیفیت ریخته‌گری‌ها انجام می‌شود و اندازه آن با الزامات BS6615/ISO8062 و استاندارد مهندسی E3-20 مطابقت دارد. مشاهده می شود که عیوب الزامات مشخصات مهندسی E4-05-006 را برآورده می کند و ترکیب شیمیایی مطابق با کیفیت مربوطه در مشخصات استاندارد ملی "آلیاژ آلومینیوم ریخته گری" مورد نیاز است.

شکل 13 ریخته گری واقعی تولید آزمایشی (شامل قسمت فرآیند ریخته گری)

4

در نتیجه گیری

(1) با توجه به ویژگی‌های ساختاری ریخته‌گری‌های پوسته فشار کوچک، یک طراحی فرآیند ریخته‌گری کامل انجام شد و تولید آزمایشی با استفاده از فناوری شکل‌دهی دقیق ریخته‌گری بدون قالب دیجیتال انجام شد. ریخته‌گری‌های به‌دست‌آمده الزامات فنی نقشه‌ها و گرانش را برآورده می‌کنند. روش ریخته‌گری یک پایه تکنولوژیکی برای مرحله بعدی آزمایش آزمایشی و تولید در مقیاس بزرگ ایجاد می‌کند، و همچنین مرجع خاصی برای طراحی فرآیند ریخته‌گری سایر قطعات ریخته‌گری پوسته تحت فشار فراهم می‌کند.

(2) نرخ بازده ریخته گری پوسته تحت فشار تولید شده توسط فرآیند بهینه سازی شده در این مقاله 69٪ است. در صورت نیاز به بهبود بیشتر بازده فرآیند، روش های ریخته گری خاصی مانند ریخته گری قالب فلزی یا ریخته گری با فشار کم مورد نیاز است.

(3) فناوری شکل‌دهی دقیق ریخته‌گری بدون قالب دیجیتال دارای ویژگی‌های دقت پردازش بالای قالب‌های شن و ماسه، مدل‌سازی سطح منحنی، عدم نیاز به ساخت قالب و چرخه تولید کوتاه است. این به ویژه برای تولید تک تکه دسته ای کوچک و توسعه فرآیند ریخته گری و تولید آزمایشی ریخته گری مناسب است.

نویسنده
کتاب های تاریخ ما یوچی لیو روئیشیانگ زنگ ونون
وانگ چنگیون ژانگ وی شیانگ چینگچون
دانشکده علوم و مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی شن یانگ

یو ویه
شرکت خودروسازی دالیان بابست با مسئولیت محدود

این مقاله از: مجله ریخته گری است