O radiador da liga de magnésio da carcaça morre desempenho da carcaça

As ligas de magnésio têm características de baixa densidade, alta resistência específica e rigidez específica, forte capacidade de blindagem eletromagnética, forte capacidade de absorção de choque, excelente desempenho de corte, fácil reciclagem, etc., e têm sido amplamente utilizadas na engenharia. A liga de magnésio AZ91D tem sido amplamente utilizada na fundição de ligas de magnésio devido às suas boas propriedades de fundição e resistência à corrosão, bem como certas propriedades mecânicas. A fundição a vácuo pode reduzir a geração de poros e inclusões de óxido em peças fundidas de liga de magnésio, melhorar a compactação das peças fundidas, reduzir a resistência ao enchimento do metal fundido na cavidade do molde e melhorar as propriedades mecânicas das peças fundidas em temperatura ambiente. Portanto, a fundição a vácuo pode ser utilizada para a produção de peças grandes e complexas de paredes finas, com alta resistência mecânica e até mesmo tratamento térmico, como radiadores para lâmpadas LED. A velocidade natural de convecção do ar entre as aletas do radiador de liga de magnésio é grande, o que ajuda a melhorar a eficiência abrangente de transferência de calor do radiador. Portanto, a liga de magnésio pode substituir a liga de alumínio para a preparação de radiadores LED de alta potência.

A chave para o processo de moldagem por fundição a vácuo é a aspiração, ou seja, como extrair rapidamente o gás da cavidade em um tempo muito curto durante o processo de enchimento. O atual sistema de bombeamento a vácuo tem problemas de baixa eficiência de bombeamento, baixo grau de cavidade de vácuo, válvula de vácuo complicada, alto custo de manutenção e baixa confiabilidade. Portanto, tendo em vista as deficiências do estado da técnica, este sujeito projetou um sistema de bombeamento a vácuo com tubos de exaustão principais e auxiliares, de alta confiabilidade e baixo custo. Através do sistema de bombeamento a vácuo, combinado com software de simulação numérica, foram estudadas as propriedades de conformação das peças fundidas em liga de magnésio AZ91D sob diferentes graus de vácuo.



1 Projeto do sistema de bombeamento de vácuo



Devido ao curto tempo do processo de moldagem por fundição a vácuo, geralmente menor que 1 s, a velocidade de resposta da válvula de vácuo deve ser alta. Visando as deficiências do sistema de exaustão a vácuo existente, foi projetado um sistema de exaustão a vácuo incluindo tubos de exaustão principais e auxiliares, e sua estrutura é mostrada na Figura 1a. O principal princípio de funcionamento é que quando o punção de injeção passa pela porta de vazamento 5, a válvula principal 12 é controlada pelo PLC para abrir. Neste momento, o tubo de escape auxiliar 11 e o tubo de escape principal 10 bombeiam simultaneamente a cavidade do molde. Ao mudar de injeção lenta para injeção rápida, o interruptor de indução é acionado, a válvula solenóide normalmente aberta 9 é rapidamente fechada e o tubo de escape auxiliar 11 continua a bombear ar para dentro da cavidade até que o metal fundido flua para o tubo de escape auxiliar para esfriar e solidificar. Obtenha peças fundidas a vácuo. Através dos tubos de escape principal e auxiliar, a cavidade pode ser bombeada ao mesmo tempo, e o ar na cavidade pode ser bombeado rapidamente para atingir um grau de vácuo ideal.

O tubo de escape auxiliar 11 é concebido como uma estrutura semelhante a um dente e o tubo é dobrado para a frente. O objetivo principal é estender a distância do fluxo do metal fundido que entra no tubo para garantir que o metal fundido esfrie e solidifique ao passar pelo estreito tubo de exaustão. O tubo de escape auxiliar Em todo o processo de fundição sob pressão esteve em estado de bombeamento. O tubo de escape principal 10 é fornecido com uma válvula solenóide normalmente aberta 9, ver Fig. 1b. Portanto, o controle de extração de ar do tubo de escape principal pode ser realizado controlando a válvula solenoide 9 normalmente aberta. No teste, alterando a posição do interruptor de indução, o tempo de fechamento da válvula solenóide normalmente aberta 9 pode ser alterado, controlando assim o tempo de exaustão da passagem de exaustão principal.

(a) Diagrama estrutural do sistema de bombeamento de vácuo (b) Diagrama estrutural da passagem de exaustão principal

3. Tanque de vácuo 4. Bomba de vácuo 5. Porta de alimentação 6. Punção 7. Câmara de pressão 8. Cavidade 9. Válvula solenóide 10. Tubo de escape principal 11. Tubo de escape auxiliar 12. Válvula principal

Figura 1 Diagrama esquemático do sistema de bombeamento a vácuo

2 Análise de simulação



2.1 Análise do modelo de fundição sob pressão

O software Solidworks 3D é usado para modelar o radiador em 3D. O modelo do radiador (incluindo comporta e ranhura de transbordamento) e a estrutura do molde são mostrados na Figura 2. De acordo com o princípio de projeto do sistema de bombeamento a vácuo dos tubos de escape principal e auxiliar, a estrutura do molde das peças fundidas do radiador é feita. O material de fundição é a liga de magnésio AZ91D e os parâmetros termofísicos são mostrados na Tabela 1.

Figura 2 O modelo do radiador e o diagrama da estrutura do molde


2.2 Análise de simulação de arrastamento de gás em peças fundidas sob pressão

De acordo com as características da liga de magnésio AZ91D, após testes e verificação, quando a temperatura de vazamento é de 680 ℃, os parâmetros ideais do processo de fundição sob pressão são selecionados, conforme mostrado na Tabela 2, e a análise de simulação de entrada de ar do radiador é realizada realizado.

O grau de vácuo da fundição a vácuo está entre 0 e 101 kPa, e quanto menor o valor, maior o grau de vácuo. Os parâmetros do processo na Tabela 2 foram inseridos no software de simulação FLOW-3D e três grupos de diferentes graus de vácuo de cavidade foram definidos ao mesmo tempo. Pode-se observar que o volume de ar arrastado da peça fundida perto da comporta é menor do que aquele distante da comporta, e a parte central da peça fundida é preenchida e formada por último, de modo que o volume de ar arrastado é o maior. O volume de ar das peças fundidas comuns com um vácuo de cavidade de 101 kPa é maior do que os outros dois grupos de peças fundidas a vácuo e está concentrado principalmente no núcleo das peças fundidas. Quando o vácuo da cavidade é de 50 kPa, o volume de ar das peças fundidas diminui. Contudo, a área de entrada de ar no núcleo ainda é relativamente grande. Quando o grau de vácuo da cavidade é de 10 kPa, o volume geral de arrastamento da peça fundida é significativamente reduzido e o arrastamento no núcleo também é significativamente melhorado. Isso mostra que aumentar o grau de vácuo da cavidade pode efetivamente melhorar a capacidade de enchimento do metal fundido, pode melhorar os defeitos de porosidade ou encolhimento da fundição sob pressão e é benéfico para a fundição sob pressão do radiador para obter uma fundição sob pressão com uma forma completa e uma estrutura densa.

(a) 101 kPa (b) 50 kPa (c) 10 kPa

Fig. 3 Resultados de entrada de ar sob diferentes graus de vácuo

3 Verificação de teste

Sob os parâmetros de processo ideais acima, o teste de fundição sob pressão foi realizado utilizando o sistema de bombeamento de vácuo dos tubos de escape principal e auxiliar. No teste, ao alterar a posição do interruptor de indução, o tempo de bombeamento do tubo de escape principal é alterado, de modo que a cavidade do molde possa formar diferentes graus de vácuo, e o teste de fundição sob pressão é realizado respectivamente. Peças fundidas com vácuo de cavidade de 101 kPa (Nº 1), 50 kPa (Nº 2) e 10 kPa (Nº 3) foram selecionadas do teste para análise, conforme mostrado na Figura 4. Em termos de aparência, os três grupos de peças fundidas têm formas relativamente completas. Combinado com os resultados da análise de simulação de arrasto de ar, os mesmos dissipadores de calor no núcleo do radiador com maior arrasto de ar foram utilizados para preparar amostras metalográficas para estudo comparativo, conforme mostrado na Figura 4b.

(a) Fundição sob pressão do dissipador de calor (b) Dissipador de calor

Figura 4 Fotos macro de peças fundidas sob diferentes graus de vácuo

A Figura 5 mostra a microestrutura do radiador de liga de magnésio sob diferentes graus de vácuo. Pode-se observar que há mais ou menos poros ou defeitos de encolhimento tanto na fundição a vácuo quanto na fundição sob pressão comum. Em comparação com a fundição a vácuo, os poros das fundições comuns têm uma faixa de distribuição mais ampla e tamanhos de poros maiores. Existem muitos defeitos de inclusão de oxidação; e quando o vácuo da cavidade é de 50 kPa, o tamanho dos poros torna-se menor, o número de poros diminui e a área dos poros ou encolhimento é reduzida em mais de 50% em comparação com a fundição sob pressão comum, e os defeitos de inclusão de óxido são significativamente melhorados; Quando o vácuo da cavidade é de 10 kPa, o tamanho dos poros e o número de poros da fundição sob pressão são bastante reduzidos, a área dos poros é reduzida em mais de 70% em comparação com as fundições sob pressão comuns e o grau de segregação é significativamente reduzido. Isso mostra que o grau de vácuo da cavidade pode melhorar o defeito de porosidade ou encolhimento da fundição sob pressão, e quanto maior o grau de vácuo, menor será o número de poros e menor será o tamanho da fundição sob pressão. Ao mesmo tempo, a estrutura da fundição a vácuo é relativamente densa. Combinado com o produto acabado do teste, acredita-se que a fundição sob pressão a vácuo pode reduzir a resistência de enchimento do metal fundido.

(a) Fundições sob pressão comuns (b) Fundições sob pressão com um grau de vácuo de 50KPa (c) Fundições sob pressão com um grau de vácuo de 10kPa

Fig.5 Microestrutura da fundição sob pressão



Para facilitar a comparação das propriedades mecânicas das peças fundidas sob diferentes graus de vácuo, os dissipadores de calor na mesma posição foram levados para teste, e as propriedades mecânicas obtidas são mostradas na Tabela 3. Pode-se observar que à medida que o grau de vácuo da cavidade aumenta, a resistência à tração e o alongamento das peças fundidas também são melhorados em conformidade.



4 Conclusão



(1) A fundição sob pressão de alto vácuo pode ser realizada projetando o sistema de bombeamento a vácuo dos tubos de escape principais e auxiliares e cooperando com o PLC para controle. Foi verificado por experimentos que o sistema de bombeamento a vácuo pode obter peças fundidas a vácuo de liga de magnésio com aparência completa, estrutura densa e melhores propriedades mecânicas do que a fundição sob pressão comum.

(2) Através do software de simulação, o volume de ar do radiador de liga de magnésio é simulado sob diferentes graus de vácuo, e sabe-se por meio de experimentos que o grau de vácuo da cavidade pode alterar a capacidade de enchimento do metal fundido. A capacidade de moldagem também é melhorada em conformidade, e o grau de segregação da composição de fundição é reduzido e a estrutura é mais densa. A partir da análise das propriedades mecânicas, pode-se observar que a resistência à tração da fundição sob pressão a vácuo com um grau de vácuo de 10 kPa é 9,2% maior que a do grau de vácuo de 50 kPa e 17,1% maior que a da fundição sob pressão comum, e o alongamento é maior que o do grau de vácuo. A fundição sob pressão de 50 kPa tem um aumento de 13,9%, o que é 40% maior que a fundição sob pressão comum.