El vacío a presión el radiador de aleación de magnesio de fundición a presión rendimiento de fundición

Las aleaciones de magnesio tienen las características de baja densidad, alta resistencia específica y rigidez específica, fuerte capacidad de blindaje electromagnético, fuerte capacidad de absorción de impactos, excelente rendimiento de corte, fácil reciclaje, etc., y se han utilizado ampliamente en ingeniería. La aleación de magnesio AZ91D se ha utilizado ampliamente en la fundición a presión de aleaciones de magnesio debido a sus buenas propiedades de fundición y resistencia a la corrosión, así como a ciertas propiedades mecánicas. La fundición a presión al vacío puede reducir la generación de poros e inclusiones de óxido en las piezas fundidas a presión de aleaciones de magnesio, mejorar la compacidad de las piezas fundidas a presión, reducir la resistencia al llenado del metal fundido en la cavidad del molde y mejorar las propiedades mecánicas de las piezas fundidas a presión a temperatura ambiente. Por lo tanto, la fundición a presión al vacío se puede utilizar para la producción de piezas grandes y complejas de paredes delgadas con alta resistencia mecánica e incluso tratamiento térmico, como radiadores para lámparas LED. La velocidad de convección natural del aire entre las aletas del radiador de aleación de magnesio es grande, lo que ayuda a mejorar la eficiencia integral de transferencia de calor del radiador. Por tanto, la aleación de magnesio puede sustituir a la aleación de aluminio para la preparación de radiadores LED de alta potencia.

La clave del proceso de formación de fundición a presión al vacío es el vacío, es decir, cómo extraer rápidamente el gas de la cavidad en muy poco tiempo durante el proceso de llenado. El sistema de bombeo de vacío actual tiene los problemas de baja eficiencia de bombeo, bajo grado de vacío de la cavidad, válvula de vacío complicada, alto costo de mantenimiento y poca confiabilidad. Por ello, ante las deficiencias del estado de la técnica, este tema ha diseñado un sistema de bombeo de vacío con tubos de escape principales y auxiliares, de alta confiabilidad y bajo costo. A través del sistema de bombeo al vacío, combinado con un software de simulación numérica, se estudiaron las propiedades de formación de piezas fundidas a presión de aleación de magnesio AZ91D bajo diferentes grados de vacío.



1 Diseño del sistema de bombeo de vacío.



Debido al corto tiempo del proceso de formación de fundición a presión al vacío, generalmente inferior a 1 s, se requiere que la velocidad de respuesta de la válvula de vacío sea alta. Para abordar las deficiencias del sistema de escape por vacío existente, se diseña un sistema de escape por vacío que incluye tubos de escape principales y auxiliares, y su estructura se muestra en la Figura 1a. El principio de funcionamiento principal es que cuando el punzón de inyección pasa a través del puerto de vertido 5, el PLC controla la apertura de la válvula principal 12. En este momento, el tubo de escape auxiliar 11 y el tubo de escape principal 10 bombean simultáneamente la cavidad del molde. Al cambiar de inyección lenta a inyección rápida, se activa el interruptor de inducción, la válvula solenoide 9 normalmente abierta se cierra rápidamente y el tubo de escape auxiliar 11 continúa bombeando aire a la cavidad hasta que el metal fundido fluye hacia el tubo de escape auxiliar para enfriarse y solidificarse. Obtenga piezas fundidas al vacío. A través de los tubos de escape principal y auxiliar, la cavidad se puede bombear al mismo tiempo y el aire de la cavidad se puede bombear rápidamente para lograr un grado de vacío ideal.

El tubo de escape auxiliar 11 está diseñado como una estructura en forma de diente y el tubo está curvado hacia adelante. El objetivo principal es extender la distancia de flujo del metal fundido que ingresa al tubo para garantizar que el metal fundido se enfríe y solidifique al pasar a través del estrecho tubo de escape. El tubo de escape auxiliar durante todo el proceso de fundición a presión ha estado en estado de bombeo. El tubo de escape principal 10 está provisto de una válvula solenoide 9 normalmente abierta, véase la figura 1b. Por lo tanto, el control de la extracción de aire del tubo de escape principal se puede realizar controlando la válvula solenoide 9 normalmente abierta. En la prueba, cambiando la posición del interruptor de inducción, se puede cambiar el tiempo de cierre de la válvula solenoide 9 normalmente abierta, controlando así el tiempo de escape del conducto de escape principal.

(a) Diagrama de estructura del sistema de bombeo de vacío (b) Diagrama de estructura del conducto de escape principal

3. Tanque de vacío 4. Bomba de vacío 5. Puerto de alimentación 6. Punzón 7. Cámara de presión 8. Cavidad 9. Válvula solenoide 10. Tubo de escape principal 11. Tubo de escape auxiliar 12. Válvula principal

Figura 1 Diagrama esquemático del sistema de bombeo de vacío.

2 Análisis de simulación



2.1 Análisis del modelo de fundición a presión.

El software Solidworks 3D se utiliza para modelar el radiador en 3D. El modelo del radiador (incluidas la compuerta y la ranura de rebose) y la estructura del molde se muestran en la Figura 2. De acuerdo con el principio de diseño del sistema de bombeo de vacío de los tubos de escape principal y auxiliar, se fabrica la estructura del molde de las piezas de fundición a presión del radiador. El material de fundición es una aleación de magnesio AZ91D y los parámetros termofísicos se muestran en la Tabla 1.

Figura 2 Modelo de radiador y diagrama de estructura del molde.


2.2 Análisis de simulación del arrastre de gas en piezas de fundición a presión.

De acuerdo con las características de la aleación de magnesio AZ91D, después de la prueba y verificación, cuando la temperatura de vertido es de 680 ℃, se seleccionan los parámetros óptimos del proceso de fundición a presión, como se muestra en la Tabla 2, y se lleva a cabo el análisis de simulación de entrada de aire del radiador.

El grado de vacío de la fundición a presión al vacío está entre 0 y 101 kPa, y cuanto menor sea el valor, mayor será el grado de vacío. Los parámetros del proceso en la Tabla 2 se ingresaron en el software de simulación FLOW-3D y se configuraron al mismo tiempo tres grupos de diferentes grados de vacío de cavidad. Se puede ver que el volumen de aire arrastrado de la pieza de fundición a presión cerca de la puerta es menor que el que está lejos de la puerta, y la parte central de la pieza de fundición a presión se llena y forma en último lugar, por lo que el volumen de aire arrastrado es el mayor. El volumen de aire de las piezas fundidas a presión ordinarias con un vacío en la cavidad de 101 kPa es mayor que el de los otros dos grupos de piezas fundidas a presión al vacío, y se concentra principalmente en el núcleo de las piezas fundidas a presión. Cuando el vacío de la cavidad es de 50 kPa, el volumen de aire de las piezas fundidas disminuye. Sin embargo, el área de entrada de aire en el núcleo sigue siendo relativamente grande. Cuando el grado de vacío de la cavidad es de 10 kPa, el volumen total de arrastre de la pieza fundida a presión se reduce significativamente y el arrastre en el núcleo también mejora significativamente. Esto muestra que aumentar el grado de vacío de la cavidad puede mejorar eficazmente la capacidad de llenado del metal fundido, puede mejorar la porosidad o los defectos de contracción de la fundición a presión y es beneficioso para que la fundición a presión del radiador obtenga una fundición a presión con una forma completa y una estructura densa.

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

Fig. 3 Resultados del arrastre de aire con diferentes grados de vacío

3 Verificación de prueba

Bajo los parámetros óptimos del proceso anteriores, la prueba de fundición a presión se llevó a cabo utilizando el sistema de bombeo de vacío de los tubos de escape principal y auxiliar. En la prueba, al cambiar la posición del interruptor de inducción, se cambia el tiempo de bombeo del tubo de escape principal, de modo que la cavidad del molde pueda formar diferentes grados de vacío, y se lleva a cabo la prueba de fundición a presión respectivamente. Se seleccionaron de la prueba para análisis piezas fundidas con vacío de cavidad de 101 kPa (No. 1), 50 kPa (No. 2) y 10 kPa (No. 3), como se muestra en la Figura 4. En términos de apariencia, los tres grupos de piezas fundidas tienen formas relativamente completas. Combinados con los resultados del análisis de simulación de arrastre de aire, se tomaron los mismos disipadores de calor en el núcleo del radiador con el mayor arrastre de aire para preparar muestras metalográficas para el estudio comparativo, como se muestra en la Figura 4b.

(a) Fundición a presión del disipador de calor (b) Disipador de calor

Figura 4 Fotografías macro de piezas fundidas bajo diferentes grados de vacío

La Figura 5 muestra la microestructura del radiador de aleación de magnesio bajo diferentes grados de vacío. Se puede ver que hay más o menos poros o defectos de contracción tanto en la fundición a presión al vacío como en la fundición a presión ordinaria. En comparación con la fundición a presión al vacío, los poros de las piezas de fundición a presión ordinarias tienen un rango de distribución más amplio y un tamaño de poro mayor. Hay muchos defectos de inclusión de oxidación; y cuando el vacío de la cavidad es de 50 kPa, el tamaño de los poros se vuelve más pequeño, el número de poros disminuye y el área de poros o contracción se reduce en más del 50 % en comparación con la fundición a presión ordinaria, y los defectos de inclusión de óxido mejoran significativamente; Cuando el vacío de la cavidad es de 10 kPa, el tamaño de los poros y el número de poros de la pieza fundida a presión se reducen considerablemente, el área de los poros se reduce en más del 70% en comparación con las piezas fundidas a presión ordinarias y el grado de segregación se reduce significativamente. Esto muestra que el grado de vacío de la cavidad puede mejorar la porosidad o el defecto de contracción de la pieza fundida, y cuanto mayor es el grado de vacío, menor es el número de poros y menor es el tamaño de la pieza fundida. Al mismo tiempo, la estructura de la fundición a presión al vacío es relativamente densa. Combinado con el producto terminado de la prueba, se cree que la fundición a presión al vacío puede reducir la resistencia al llenado del metal fundido.

(a) Piezas fundidas ordinarias (b) Piezas fundidas con un grado de vacío de 50 kPa (c) Piezas fundidas con un grado de vacío de 10 kPa

Fig.5 Microestructura de fundición a presión.



Para facilitar la comparación de las propiedades mecánicas de las piezas de fundición a presión bajo diferentes grados de vacío, se tomaron los disipadores de calor en la misma posición para realizar pruebas, y las propiedades mecánicas obtenidas se muestran en la Tabla 3. Se puede ver que a medida que aumenta el grado de vacío de la cavidad, la resistencia a la tracción y el alargamiento de las piezas de fundición a presión también mejoran en consecuencia.



4 Conclusión



(1) La fundición a presión de alto vacío se puede realizar diseñando el sistema de bombeo de vacío de los tubos de escape principales y auxiliares y cooperando con el PLC para el control. Se ha verificado mediante experimentos que el sistema de bombeo al vacío puede obtener piezas fundidas al vacío de aleación de magnesio con apariencia completa, estructura densa y mejores propiedades mecánicas que las piezas fundidas a presión ordinarias.

(2) A través del software de simulación, se simula el volumen de aire del radiador de aleación de magnesio bajo diferentes grados de vacío, y se sabe mediante experimentos que el grado de vacío de la cavidad puede cambiar la capacidad de llenado del metal fundido. En consecuencia, también se mejora la capacidad de moldeo, se reduce el grado de segregación de la composición de fundición y la estructura es más densa. Del análisis de las propiedades mecánicas, se puede ver que la resistencia a la tracción de la fundición a presión al vacío con un grado de vacío de 10 kPa es un 9,2% mayor que la del grado de vacío de 50 kPa, y un 17,1% mayor que la de la fundición a presión ordinaria, y el alargamiento es mayor que el del grado de vacío. La fundición a presión de 50 kPa tiene un aumento del 13,9%, que es un 40% mayor que la de la fundición a presión ordinaria.