Diseño del proceso de fundición y producción de prueba de piezas fundidas a presión de aleación de aluminio.

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Características estructurales y requisitos de las piezas fundidas.

El tamaño básico de la carcasa de presión es de 157,8 mm x 151,1 mm x 64,6 mm, el material es AlSi7Mg0,3 y el peso es 0,91 kg. El modelo tridimensional y las principales dimensiones de la pieza fundida se muestran en la Figura 1, que es una parte pequeña y compleja. Sus requisitos técnicos incluyen: las tolerancias de fundición sin relleno deben cumplir con BS6615/ISO 8062 y el estándar de ingeniería E3-20, los defectos deben cumplir con la especificación de ingeniería E4-05-006 y las piezas fundidas deben cumplir con los requisitos de calidad relevantes en las especificaciones de materiales. El espesor mínimo de pared de la pieza fundida es de 4 mm y no se permiten rebabas, rebabas ni protuberancias en múltiples superficies, por lo que se debe considerar la posición de vertido y la superficie de separación; además, la sección transversal máxima de la pieza fundida no está en el mismo plano, por lo que se debe diseñar razonablemente la superficie de separación.

Fig.1 Modelo tridimensional y tamaño del contorno de la pieza fundida.

El espesor de la pared de la parte media y la brida vertical de la carcasa de presión es relativamente grande, lo que facilita la formación de puntos calientes y defectos de contracción durante el proceso de solidificación. Por lo tanto, se agregan elevadores en estas dos posiciones para la alimentación.

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Diseño del proceso de fundición

2.1 Posición de vertido y superficie de separación

Primero, determine su posición de vertido y superficie de separación. Dado que para el moldeo se utiliza la máquina formadora de precisión de fundición digital sin molde, es necesario considerar si la máquina puede fresar el molde de arena y el núcleo de arena correspondientes al diseñar la posición de vertido y la superficie de separación. Después de consultar el manual del proceso de fundición y comparar las ventajas y desventajas de las diferentes posiciones de vertido, elija la posición de vertido y la superficie de separación como se muestra en la Figura 2. La ventaja es que el lugar con el mayor espesor de pared está ubicado en la parte superior, lo que favorece la realización de la solidificación secuencial, y el plano de referencia de medición está ubicado en la parte inferior. Es fácil garantizar la calidad de la fundición; la superficie de separación es generalmente plana y la superficie de separación es parcialmente curva, la forma es relativamente simple y no hay ningún plano que afecte los requisitos técnicos del dibujo (no se permiten rebabas, rebabas ni protuberancias para requisitos de superficie múltiple).

Figura 2 Posición de vertido y superficie de separación

2.2 Diseño del núcleo de arena y del sistema de compuertas

Según la estructura de fundición, se diseñan dos núcleos de arena, como se muestra en la Figura 3.

Fig.3 Diagrama del modelo tridimensional de dos núcleos de arena.

Dado que la pieza es una pequeña fundición de aluminio, después de consultar el manual de fundición y la información relacionada, se sabe que la fundición de aluminio adopta principalmente un sistema de vertido abierto. El sistema de compuerta abierta puede garantizar que el caudal de líquido de llenado sea bajo al llenar el molde, de modo que el llenado sea estable, y también puede evitar el flujo turbulento y la participación de la película de óxido, para garantizar que el metal fundido que ingresa a la cavidad sea relativamente puro, por lo que este proceso adopta Para un sistema de compuerta abierta, la relación de sección de cada corredor es ΣA recta: ΣA horizontal: ΣA interior = 1:1,4:1,3. Además, utilizando el sistema de vertido central, el metal fundido fluye hacia la cavidad desde el centro. Dado que la estructura de la pieza es una estructura de carcasa de turbina, es fácil generar aire incorporado durante el proceso de llenado. Por lo tanto, la parte interna del tipo de inyección lateral se llena a lo largo de la dirección tangencial, lo que puede reducir el flujo de aire.

Figura 4 diseño del sistema de compuertas (a) 1 # núcleo de arena

Para el tiempo de vertido de la aleación de aluminio, se puede utilizar la siguiente fórmula empírica para calcular:

En la fórmula: t es el tiempo de vertido, s; s es el coeficiente, generalmente s=3; G es el peso total del metal fundido en el molde, kg.

A partir de esto, el tiempo de vertido se calcula como t=3,27 s. Para controlar el tiempo de vertido en el vertido real, se considera que el tiempo de vertido es de 3 s.

Consulte el manual de aleación de aluminio y utilice la fórmula (2) para calcular el área de la sección transversal del bebedero:

En la fórmula: ΣA es el área transversal total de la parte más estrecha del bebedero, cm²; η es un coeficiente, normalmente 0,04 ~ 0,07; H es la altura de presión promedio, cm, y su fórmula de cálculo se muestra en la fórmula (3).

En la fórmula: H0 es la altura del bebedero sobre el canal interior, cm; h0 es la altura de la pieza fundida sobre el canal interior, cm; h es la altura de la pieza fundida, cm.

El área de la sección transversal calculada del bebedero es de 2 cm². La sección transversal y las dimensiones de cada parte del sistema de compuerta finalmente obtenidas mediante cálculo se muestran en la Figura 5.

Figura 5 Sección transversal y dimensiones de cada parte del sistema de compuerta.

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Simulación preliminar y análisis del proceso de fundición.

El proceso preliminar de fundición de la carcasa a presión fue simulado mediante el software ProCAST, y los resultados de la simulación del proceso de llenado y solidificación se muestran en la Figura 6 y la Figura 7.

Fig.6 Campo de velocidad de llenado de la pieza fundida en el tiempo 1,1 s

Fig.7 Campo de temperatura de llenado y solidificación de la fundición a 3 s.

Puede verse en la figura que el metal fundido se inyecta a lo largo del canal interior contra la pared de la cavidad y luego llena gradualmente la cavidad. Durante todo el proceso de llenado, el metal fundido fluye relativamente suavemente sin un arrastre de gas evidente. Los resultados de la simulación de la porosidad de contracción y la cavidad de contracción de la pieza fundida a presión se muestran en la Fig. 8.

Fig.8 Resultados de simulación de cavidad de contracción y porosidad de contracción.

Se puede ver en la Figura 8 que, excepto en el sistema de entrada, la cavidad de contracción y los defectos de porosidad se concentran principalmente en la parte superior y la parte gruesa cerca del centro de la pieza fundida, y también aparece una pequeña cantidad de defectos en la parte inferior de la brida y en la parte trasera de la brida. La razón principal de estos defectos es que el espesor promedio de la pared de estas piezas es relativamente grande y la disipación del calor no es fácil.

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Optimización del proceso de fundición.

De acuerdo con las características de forma de las piezas fundidas a presión y los resultados de la simulación anterior, se optimiza el proceso de fundición y se diseña el tubo ascendente superior. El propósito de colocar el elevador superior es alimentar la parte superior de la pieza fundida, para eliminar el grosor de la parte superior y la mitad de la pieza fundida. Cavidad de contracción parcial y defectos de porosidad de contracción. Al mismo tiempo, se agrega un tubo ascendente de salida de aire plano en la parte superior de la brida, que puede alimentar el líquido y la contracción por solidificación de la brida, y coopera con un hierro frío conformado semicircular colocado en la parte inferior de la brida para ajustar el método. La distribución del campo de temperatura de la pieza de brida se utiliza para eliminar una pequeña cantidad de cavidades de contracción y defectos de porosidad de contracción en la pieza de brida. Además, se añaden 4 salidas de aire circulares, principalmente para mejorar la descarga de gas en la cavidad. El esquema del proceso de fundición optimizado se muestra en la Figura 9. Usando el software ProCAST para simular, los resultados de la simulación de defectos de cavidad de contracción y porosidad de contracción se muestran en la Figura 10.

Figura 9 Esquema del proceso de fundición optimizado.

Fig.10 Resultados de simulación de defectos de porosidad y cavidad de contracción del esquema de proceso optimizado

Puede verse en la Figura 10 que se eliminan la cavidad de contracción y los defectos de contracción en el cuerpo principal de la pieza fundida de la carcasa de presión. Por lo tanto, se adoptó el esquema del proceso de fundición final que se muestra en la Figura 9 para la producción de prueba.

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Producción real de piezas fundidas a presión.

5.1 Procesamiento de moldes

La arena de resina se utiliza para el mecanizado de control numérico del molde superior, el molde inferior y el núcleo de arena mediante una máquina de fundición de precisión digital sin molde (modelo: CAMTC-SMM2000). Utilice el módulo de procesamiento del software UG para generar la ruta de la herramienta de procesamiento del molde de arena y el núcleo de arena. La herramienta utilizada para el mecanizado en desbaste es una cuchilla plana de Φ8 mm; Alimente, cortando entre capas.

Pinte la pintura en polvo de circonio a base de alcohol en el molde de arena procesado y el núcleo de arena respectivamente, y el molde de arena pintado y el núcleo de arena se muestran en la Figura 11. El molde inferior con el núcleo de arena ensamblado se muestra en la Figura 12.

Figura 11 Moldes de arena y núcleos de arena pintados con pintura.

Figura 12 Molde inferior con núcleo de arena ensamblado

5.2 Fusión y vertido de aleaciones de aluminio y postratamiento de piezas fundidas.

Luego encaja el molde y prepárate para verter. Coloque el peso requerido del lingote de aleación de fundición AlSi7Mg0.3 (ZL101A) en el horno de resistencia al crisol para calentarlo y fundirlo, ajuste la temperatura de fusión a 750 °C y la temperatura de vertido a (730±5) °C. Se utiliza un agente especial desgasificador y eliminación de escoria de aleación de aluminio para el tratamiento de la masa fundida, y Al-5Ti-1B se utiliza para el tratamiento de modificación de la masa fundida de aleación de aluminio.

Después de que la pieza fundida se enfrió durante 1 h, se empaquetó y se sacudió, y se limpiaron con herramientas las rebabas y las rebabas en la superficie de separación de la pieza fundida. La pieza finalmente obtenida (con proceso de fundición) se muestra en la Figura 13.

Se lleva a cabo una inspección de calidad de las piezas fundidas y el tamaño cumple con los requisitos de BS6615/ISO8062 y el estándar de ingeniería E3-20. Se puede ver que los defectos cumplen con los requisitos de la especificación de ingeniería E4-05-006, y la composición química cumple con la calidad relevante en la especificación estándar nacional de "Aleación de aluminio fundido".

Figura 13 La fundición real de la producción de prueba (incluida la parte del proceso de fundición)

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en conclusión

(1) De acuerdo con las características estructurales de las piezas fundidas a presión pequeñas, se llevó a cabo un diseño completo del proceso de fundición y se llevó a cabo una producción de prueba utilizando tecnología digital de conformado de fundición de precisión sin molde. Las piezas fundidas obtenidas cumplieron con los requisitos técnicos de los dibujos y el método de fundición por gravedad sienta una base tecnológica para el siguiente paso de la prueba piloto y la producción a gran escala, y también proporciona una cierta referencia para el diseño del proceso de fundición de otras piezas fundidas a presión.

(2) La tasa de rendimiento de las piezas fundidas a presión producidas mediante el proceso optimizado en este documento es del 69%. Si es necesario mejorar aún más el rendimiento del proceso, se requieren métodos de fundición especiales, como la fundición en molde metálico o la fundición a baja presión.

(3) La tecnología digital de moldeado de fundición de precisión sin moldes tiene las características de alta precisión de procesamiento de moldes y núcleos de arena, modelado de superficies curvas, sin necesidad de fabricar moldes y ciclo de producción corto. Es especialmente adecuado para la producción de lotes pequeños de una sola pieza y el desarrollo de procesos de fundición y la producción de prueba de piezas fundidas.

autor
Libros de historia de Ma Yuqi Liu Ruixiang Zeng Wenwen
Wang Chengyun Zhang Wei Xiang Qingchun
Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Universidad Tecnológica de Shenyang

Yu Weiye
Dalian Bobst Motor Co., Ltd.

Este artículo es de: Revista Foundry