Projeto de processo de fundição e produção experimental de peças fundidas sob pressão de liga de alumínio

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Características estruturais e requisitos de peças fundidas

O tamanho básico da fundição sob pressão é 157,8 mm × 151,1 mm × 64,6 mm, o material é AlSi7Mg0,3 e o peso é 0,91 kg. O modelo tridimensional e principais dimensões da peça fundida são mostrados na Figura 1, que é uma peça pequena e complexa. Seus requisitos técnicos incluem: tolerâncias de fundição não preenchidas devem estar em conformidade com BS6615/ISO 8062 e padrão de engenharia E3-20, defeitos devem estar em conformidade com a especificação de engenharia E4-05-006 e peças fundidas devem atender aos requisitos de qualidade relevantes nas especificações de material. A espessura mínima da parede da peça fundida é de 4 mm, e rebarbas, rebarbas e saliências não são permitidas em múltiplas superfícies, portanto a posição de vazamento e a superfície de partição precisam ser consideradas; além disso, a seção transversal máxima da peça fundida não está no mesmo plano, portanto, projete razoavelmente a superfície de partição.

Fig.1 Modelo tridimensional e tamanho do contorno da peça fundida

A espessura da parede da parte intermediária e do flange vertical da fundição sob pressão é relativamente grande, o que facilita a formação de pontos quentes e defeitos de encolhimento durante o processo de solidificação. Portanto, são adicionados risers nessas duas posições para alimentação.

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Projeto de Processo de Fundição

2.1 Posição de vazamento e superfície de partição

Primeiro, determine sua posição de vazamento e superfície de partição. Como a máquina formadora de precisão para fundição digital sem molde é usada para moldagem, é necessário considerar se a máquina pode fresar o molde de areia e o núcleo de areia correspondentes ao projetar a posição de vazamento e a superfície de separação. Após consultar o manual do processo de fundição e comparar as vantagens e desvantagens das diferentes posições de vazamento, escolha a posição de vazamento e a superfície de partição conforme mostrado na Figura 2. A vantagem é que o local com maior espessura de parede está localizado na parte superior, o que é propício à realização da solidificação sequencial, e o plano de referência de medição está localizado na parte inferior. É fácil garantir a qualidade da fundição; a superfície de partição é geralmente plana e parcialmente curva, a forma é relativamente simples e não há nenhum plano que afete os requisitos técnicos do desenho (flash, rebarbas e saliências não são permitidas para vários requisitos de superfície).

Figura 2 Posição de vazamento e superfície de partição

2.2 Núcleo de areia e projeto do sistema de comporta

De acordo com a estrutura de fundição, são projetados dois núcleos de areia, conforme mostra a Figura 3.

Fig.3 Diagrama do modelo tridimensional de dois núcleos de areia

Por se tratar de uma pequena peça fundida de alumínio, após verificação do manual de fundição e informações relacionadas, sabe-se que a peça fundida de alumínio adota principalmente um sistema de vazamento aberto. O sistema de canal aberto pode garantir que a vazão do líquido de enchimento seja baixa ao encher o molde, de modo que o enchimento seja estável, e também pode evitar fluxo turbulento e envolvimento de filme de óxido, de modo a garantir que o metal fundido que entra na cavidade seja relativamente puro, então este processo adota Para um sistema de canal aberto, a proporção de seção de cada corredor é ΣA reto: ΣA horizontal: ΣA interno = 1: 1,4: 1,3. Além disso, usando o sistema de vazamento central, o metal fundido flui para dentro da cavidade a partir do meio. Como a estrutura da peça é uma estrutura de turbina, é fácil gerar entrada de ar durante o processo de enchimento. Portanto, a parte interna do tipo injeção lateral é preenchida ao longo da direção tangencial, o que pode reduzir o ar

Figura 4 projeto do sistema de portão (a) 1 # núcleo de areia

Para o tempo de vazamento da liga de alumínio, a seguinte fórmula empírica pode ser usada para calcular:

Na fórmula: t é o tempo de vazamento, s; s é o coeficiente, geralmente s=3; G é o peso total do metal fundido no molde, kg.

A partir disso, o tempo de vazamento é calculado como t=3,27s. Para controlar o tempo de vazamento no vazamento real, o tempo de vazamento é considerado de 3 s.

Consulte o manual da liga de alumínio e utilize a fórmula (2) para calcular a área da seção transversal do canal de entrada:

Na fórmula: ΣA é a área transversal total da parte mais estreita do canal, cm²; η é um coeficiente, geralmente 0,04~0,07; H é a carga média de pressão, cm, e sua fórmula de cálculo é mostrada na fórmula (3).

Na fórmula: H0 é a altura do canal de entrada acima do canal interno, cm; h0 é a altura da peça fundida acima do canal interno, cm; h é a altura da fundição, cm.

A área transversal calculada do canal de entrada é de 2 cm². A seção transversal e as dimensões de cada parte do sistema de comporta finalmente obtidas por meio de cálculo são mostradas na Figura 5.

Figura 5 Seção transversal e dimensões de cada parte do sistema de comporta

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Simulação e Análise Preliminar do Processo de Fundição

O processo preliminar de fundição sob pressão foi simulado pelo software ProCAST, e os resultados da simulação do processo de enchimento e solidificação são mostrados na Figura 6 e Figura 7.

Fig.6 Campo de velocidade de enchimento da fundição no tempo 1,1 s

Fig.7 Campo de temperatura de enchimento e solidificação da peça fundida em 3 s

Pode-se observar na figura que o metal fundido é injetado ao longo do canal interno contra a parede da cavidade e então preenche gradualmente a cavidade. Durante todo o processo de enchimento, o metal fundido flui de forma relativamente suave, sem arrastamento óbvio de gás. Os resultados da simulação da porosidade de contração e da cavidade de contração da fundição sob pressão são mostrados na Fig.

Fig.8 Resultados de simulação de cavidade de contração e porosidade de contração

Pode-se observar na Figura 8 que, exceto no sistema de canal, a cavidade de contração e os defeitos de porosidade estão concentrados principalmente na parte superior e na parte espessa próxima ao meio da peça fundida, e uma pequena quantidade de defeitos também aparece na parte inferior do flange e na saliência traseira do flange. A principal razão para esses defeitos é que a espessura média da parede dessas peças é relativamente grande e a dissipação de calor não é fácil.

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Otimização do processo de fundição

De acordo com as características de forma das peças fundidas sob pressão e os resultados da simulação acima, o processo de fundição é otimizado e o riser superior é projetado. O objetivo da fixação do riser superior é alimentar o topo da peça fundida, de forma a eliminar a espessura do topo e do meio da peça fundida. Cavidade de retração parcial e defeitos de porosidade de retração. Ao mesmo tempo, um riser de saída de ar plano é adicionado na parte superior do flange, que pode alimentar o líquido e o encolhimento de solidificação do flange, e cooperar com um ferro frio conformal semicircular colocado na parte inferior do flange para ajustar o método. A distribuição do campo de temperatura da peça do flange é usada para eliminar uma pequena quantidade de cavidade de contração e defeitos de porosidade de contração na peça do flange. Além disso, são adicionadas 4 saídas de ar circulares, principalmente para melhorar a descarga de gás na cavidade. O esquema do processo de fundição otimizado é mostrado na Figura 9. Usando o software ProCAST para simular, os resultados da simulação de cavidade de contração e defeitos de porosidade de contração são mostrados na Figura 10.

Figura 9 Esquema de processo de fundição otimizado

Fig.10 Resultados de simulação de cavidade de contração e defeitos de porosidade do esquema de processo otimizado

Pode-se ver na Figura 10 que a cavidade de contração e os defeitos de contração no corpo principal da fundição sob pressão são todos eliminados. Portanto, o esquema do processo de fundição final mostrado na Figura 9 foi adotado para produção experimental.

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Produção real de peças fundidas sob pressão

5.1 Processamento de molde

A areia de resina é usada para usinagem de controle numérico do molde superior, molde inferior e núcleo de areia por máquina digital de fundição de precisão sem molde (modelo: CAMTC-SMM2000). Use o módulo de processamento do software UG para gerar o caminho da ferramenta de processamento do molde de areia e do núcleo de areia. A ferramenta utilizada para usinagem de desbaste é uma faca plana de Φ8 mm; Alimente, cortando entre camadas.

Pinte a tinta em pó de zircão à base de álcool no molde de areia processado e no núcleo de areia, respectivamente, e o molde de areia pintado e o núcleo de areia são mostrados na Figura 11. O molde inferior com o núcleo de areia montado é mostrado na Figura 12.

Figura 11 Moldes de areia e núcleos de areia pintados com tinta

Figura 12 Molde inferior com núcleo de areia montado

5.2 Fusão e vazamento de liga de alumínio e pós-tratamento de peças fundidas

Em seguida, coloque o molde e prepare-se para despejar. Coloque o peso necessário do lingote de liga de fundição AlSi7Mg0.3 (ZL101A) no forno de resistência do cadinho para aquecimento e fusão, ajuste a temperatura de fusão para 750 °C e a temperatura de vazamento para (730±5) °C. O agente especial de desgaseificação e remoção de escória de liga de alumínio é usado para tratamento de fusão, e Al-5Ti-1B é usado para tratamento de modificação de fusão de liga de alumínio.

Depois que a peça fundida foi resfriada por 1 h, ela foi encaixotada e sacudida, e as rebarbas e rebarbas na superfície de partição da peça fundida foram limpas com ferramentas. A peça fundida finalmente obtida (com processo de fundição) é mostrada na Figura 13.

A inspeção de qualidade das peças fundidas é realizada e o tamanho atende aos requisitos da BS6615/ISO8062 e da norma de engenharia E3-20. Pode-se observar que os defeitos atendem aos requisitos da especificação de engenharia E4-05-006, e a composição química atende à qualidade relevante na especificação padrão nacional de “Liga de Alumínio Fundido” Exigida.

Figura 13 A fundição real da produção experimental (incluindo a peça do processo de fundição)

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para concluir

(1) De acordo com as características estruturais das peças fundidas de pequena pressão, um projeto completo do processo de fundição foi realizado e a produção experimental foi realizada usando tecnologia digital de formação de fundição de precisão sem molde. As peças fundidas obtidas atenderam aos requisitos técnicos dos desenhos, e o método de fundição por gravidade estabelece uma base tecnológica para a próxima etapa de teste piloto e produção em larga escala, e também fornece uma certa referência para o projeto do processo de fundição de outras peças fundidas sob pressão.

(2) A taxa de rendimento das peças fundidas sob pressão produzidas pelo processo otimizado neste artigo é de 69%. Se for necessário melhorar ainda mais o rendimento do processo, serão necessários métodos de fundição especiais, como fundição em molde de metal ou fundição de baixa pressão.

(3) A tecnologia de formação de fundição de precisão sem molde digital tem as características de alta precisão de processamento de moldes de areia e núcleos de areia, modelagem de superfície curva, sem necessidade de fabricar moldes e curto ciclo de produção. É especialmente adequado para produção de peças únicas em pequenos lotes, desenvolvimento de processos de fundição e produção experimental de peças fundidas.

autor
Livros de história de Ma Yuqi Liu Ruixiang Zeng Wenwen
Wang Chengyun Zhang Wei Xiang Qingchun
Escola de Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade de Tecnologia de Shenyang

Yu Wei Ye
Dalian Bobst Motor Co., Ltd.

Este artigo é de: Revista Foundry