بررسی اثر طراحی سیستم راهگاهی بر رفتار سیالاتی و تغذیه رسانی مذاب در یک استوانه توخالی ازآلیاژ Al-A356 به کمک شبیه سازی

نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 ارشد ریخته گری، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه علم و صنعت ایران

2 ریخته گری، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه علم وصنعت ایران

10.22034/frj.2018.108917.1015

چکیده

نرم افزارهای شبیه سازی، قادر نیستند طراحی کنند و فقط می توانند جنبه های مختلف نتایج طراحی پیشنهاد شده توسط طراح سیستم راهگاهی را نشان دهند. در این مقاله طراحی‌ سیستم راهگاهی با تغییر زمان‌های بارریزی (در محدوده 5 -20 ثانیه) برای قطعه استوانه‌ای توخالی با وزن تقریبی56کیلوگرم و بر اساس روش محاسبه تنگه انجام گردید. تعداد راهبارهای استفاده شده در طراحی 4،2و6 راهباره انتخاب شد و نوع و محل اتصال های متفاوتی در نظر گرفته شد. طراحی و زمان بارریزی بهینه بدست آمده در این تحقیق، مذاب رسانی و شرایط تغذیه پراکنده را بهبود بخشیده و امکان کنترل سرعت خطی مذاب بر اساس معیار رعایت سرعت بحرانی و الگوی پرشدن قالب را امکان پذیر می کند. بیشینه سرعت میانگین در راهباره از〖m∙s〗^(-1)2 به 〖m∙s〗^(-1)17/0 کاهش یافته و در ادامه با تغییر نرخ سرمایش، مذاب رسانی بهبود یافته و کشیدگی‌های انقباضی و احتمال تشکیل آن 41 درصد کاهش یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation on the effect of running system design on the melt flow and feeding of a hollow cylinder of A356 Al alloy by simulation

نویسندگان [English]

  • Ali Dehhaghi 1
  • Mehdi Divandari 2
1 Materials Eng,, IUST
2 Asso Prof. School of Materials Eng., Iran University of Science and Technology (IUST of Iran)
چکیده [English]

Simulation softwares are not able to design and can only show various aspects of the suggested design by the running system designer. In this paper, the design of running system with the variation of pouring time (in the range of 5 -20 seconds) for a hollow cylinder component weighing approximately 56 kg was carried out based on the choke calculation method. The number of gates used in the design were 2, 4 and 6 and different types and locations of the ingates were considered. The optimal design and pouring time achieved in this work improves the filling and feeding conditions, allowing the control of the linear velocity based on critical gate velocity criteria and a nonturbulent filling pattern of the mold cavity. The maximum average velocity in the gate was decreased from 2 m. s -1 to 0,17 m. s -1 followed by the control of the cooling rate, improved filling conditions, lowering the shrinkage and the likelihood of its formation has decreased by 41%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Simulation
  • pouring time
  • running system design
  • melt filling
  • shrinkage defect

[1] Campbell J., Casting practice: the 10 rules of casting, Oxford, Butterworth-Heinemann, 2004.

[2] Masoumi M., Hu H., Hedjazi J., Boutorabi S.M.A., Effect of gating design on mold filling, AFS Transactions, 2005, 2, 1-12.

[3] Flender E. Sturm J., Thirty years of casting process simulation thirty years of casting process simulation, International Journal of Metalcasting, 2010, 10, 7-23.

[4] Vijaya Ramnath B., Elanchezhian C., Chandrasekhar V., Arun Kumar A., Mohamed Asif S., Riyaz Mohamed G., Vinodh Raj D. Suresh Kumar C., Analysis and optimization of gating system for commutator end, Procedia Materials Science, 2014, 6, 1312-1328.

[5]  Divandari M., Campbell J., Oxide film characteristics of Al–7Si–Mg alloy in dynamic conditions in casting, Int. J. Cast Met. Res, 2004, 17, (3) 182–187.

[6] Sun Z., Hu H., Chen X., Numerical optimization of gating system parameters for a magnesium alloy casting with multiple performance characteristics, materials processing technology, 2008, 199, 256-264.

[7] Jain P.L., Principles of Foundry Technology, Tata McGraw-Hill, New Dlhi, 2003.

[8] Jafari H., Idris M. H., Ourdjini A., Farahany S., In situ melting and solidification assessment of AZ91D granules by computer-aided thermal analysis during investment casting process, Mater. Des, 2013, 50, 181-190.

[9] Dabade U.A., Bhedasgaonkar R.C., Casting defect analysis using design of experiments (DoE) and computer aided casting simulation technique,  Proc. CIRP, 2013, 7, 616-621.

[10]         Tsai D.C., Hwang W.S., Numerical simulation of solidification morphologies of Cu-0.6Cr casting alloy using modified cellular automaton model, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 2010, 20, 1072-1077.

[11]         Heisser C., Simulation in modern quality managment systems, AFS, 03, 1-11.

[12] خسروی ر.، اصول طراحی سیستم‌های راهگاهی و تغذیه‌گذاری چدن‌ها، جامعه ریخته‌گران ایران, 1368.

[13]         Rao T. V. R., Metal Casting Principles and Practice, K. K. Guta, New Delhi, 2003.

[14]         Campbell J., Stop pouring start casting, Metalcasting, 2012, 12, 7-18.

[15]         Chi Sun H., Sun Chao L., Analysis of Interfacial heat transfer coefficient of green sand mold casting for aluminum and tin-lead alloys by using a lump capacitance method, Heat Transfer, 2007, 129, 595-600.

[16]         Geiger G. H , Poirier D. R., Transport phenomena in materials processing, United States of America: TMS. Minerals Metals Materials, Canada, 1994.

[17]         ProCAST Users Manual, v2016.1, ESI Group, 2016.

[18]         Hsu F. Y., Jolly M. R., Campbell J., Vortex gate design for gravity casting, Cast Metals Research, 2006,  19(1) 38-44.

[19]         Campbell J., Complete casting handbook, Sec. Edition Ed., Butterworth-Heinemann, London, 2015.

[20]         Yeh C. P., Hwang W. S., Lin C. H., Process design optimization through Numerical experimentation for a Brake Disc Casting, Materials Transactions, 2008, 49(6) 1372-1379.

[21] مدرسی ع.ر.، عیسی آبادی ق.، صفی خانی ع.، داودی س.ع.م.، مصطفی م.، بررسی ارتباط نوع طراحی راهباره بر تشکیل حفرات انقباضی در قطعه ریختگی چدن خاکستری مورد استفاده در صفحه فشار خودرو از طریق شبیه‌سازی با نرم‌افزار
 ESI ProCAST، 1394، 107، 72-62 .

[22]         Shabestari S. G., Ghoncheh M. H., Momeni H., Evaluation of formation of intermetallic compounds in Al2024 alloy using thermal analysis technique, Thermochimica Acta, 2014, 589, 174-182.

[23]         Lu S.L., Xiao F. R., Zhang S. J., Mao Y. W., Liao B., Simulation study on the centrifugal casting wet-type cylinder liner based on ProCAST, Applied Thermal Engineering, 2014, 73, 512-521.

[24]         Kor J., Chen X., Hu H., Multi-objective optimal gating and riser design for metal-casting, in IEEE International Symposium on Intelligent Control, Saint Petersburg, Russia, July-2009.

[25]         Nandi T., Optimization of riser size of aluminium alloy (LM6) castings by using conventional method and computer simulation technique, Scientific & Engineering Research, 2011, 2, 2229-5518.

[26] خوشخرام ع.، دیواندری م.، بوترابی س. م. ع.، شبیه‌سازی اثر طراحی سیستم‌های کف‌ریز مختلف بر نحوه حرکت سیال و شرایط انجماد قطعه ریختگی، انتشارات جامعه ریخته‌گران، 1393، 32، 17-32.