پیش‌بینی وقوع عیب تخلخل انقباضی و ارائه راهکار حذف آن با استفاده از شبیه‌سازی عددی در قطعه مخروطی طویل

نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری تخصصی، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه تربیت مدرس. ‏

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مواد، واحد علوم و تحقیقات تهران دانشگاه آزاد اسلامی تهران. ‏

3 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، برق و کامپیوتر، واحد علوم و تحقیقات دانشگاه آزاد اسلامی تهران. ‏

4 دانشیار، دانشگاه صنعتی مالک اشتر تهران. ‏

10.22034/frj.2019.176680.1078

چکیده

شبیه سازی ریخته گری به عنوان یک ابزار کارآمد جهت آنالیز پرشدن قالب، انجماد و سردشدن و پیش‌بینی موقعیت و نوع عیوب داخلی شناخته شده است. مسئله اصلی پژوهش حاضر، در ابتدا پیش‌بینی بروز عیب تخلخل در طرح ریخته‌گری فعلی یک قطعه مخروطی طویل و سپس ارائه راهکارهای عملی جهت حذف یا کاهش این عیب بوده است. نتایج شبیه‌سازی ریخته گری قطعه مطابق با متغیرهای فرایندی فعلی نشان داد که بروز عیب تخلخل انقباضی به میزان قابل توجهی رخ می‌دهد. به منظور ارائه راهکار برای کاهش تخلخل، از روش شیب‌دار کردن جداره قطعه بهره گرفته شد. نتایج نشان داد که با افزایش شیب، مقدار تخلخل ایجاد شده مرتباً کاهش می‌یابد. هم چنین نشان داده شد که ایجاد شیب در حدود نیم درجه در دیواره خارجی، با ترغیب انجماد جهتدار به سمت راهگاه، موجب کاهش چشمگیر عیب تخلخل می‌شود. طراحی‌های مختلف ریخته‌گری شامل نحوه قرارگیری مدل در قالب و اثر متغیرهای فرایندی بر نتایج عیب تخلخل مورد آنالیز و بحث و بررسی قرار گرفت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Prediction of shrinkage porosity and its remedy by numerical simulation in a conical casting

نویسندگان [English]

  • Asghar Heydari 1
  • Gholamreza Karbasian 2
  • Hossein Mehmannavaz 3
  • Hamid Fazeli 4
1 Ph.D., Department of Materials Engineering, Tarbiat Modares University
2 MSc. Student, Department of Materials Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University.‎
3 Ph.D. Student, Mechanical, Electrical and Computer Engineering Department, Science and Research Branch, Islamic ‎Azad University, Tehran, Iran
4 Associate Professor, Malek Ashtar University.‎
چکیده [English]

Casting simulation has been recognized as an efficient tool for analyzing mold filling behavior, solidification and cooling, and prediction of the position and type of internal defects. The main concern in the current study is to predict the occurrence of porosity defects with the current casting design of a conical part, and then presenting practical solutions to remove or reduce the defects. Niyama dimensionless criterion was used for precise quantification of micro-porosity. The results of the casting simulation with accordance to the current process parameters showed that the occurrence of shrinkage porosity defect took place considerably. In order to suggest a solution to decline the extent of porosity, the inclination of the part wall was utilized. The results indicated that with an increasing slope, the amount of porosity is successively reduced. Besides it was found that a slope in the order of 0.5° on the external wall would lead to a remarkable reduction in the shrinkage porosity by inducing the directional solidification. The effect of various designs of the casting including the positioning of the casting inside the mold on the extent of porosity is discussed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Casting simulation
  • Procast
  • Shrinkage porosity defect
  • Niyama criterion

[1]   Reis A., Houbaert Y., Xu Z., Van Tol R., Santos A.D., Duarte J.F., Magalhães A.B., Modeling of shrinkage defects during solidification of long and short freezing materials. Journal of Materials Processing Technology, 2008, 202(1) 428-434.

[2]   Lee P.D., Chirazi A., See D., Modeling microporosity in aluminum–silicon alloys: A review, Journal of Light Metals, 2001, 1(1) 15-30.

[3]   Hardin R., Beckermann C., Effect of shrinkage on service performance of steel castings, in 56th Steel Founders' Society of America National Technical & Operating Conference, Chicago, Illinois, 2002.

[4]   ASTM E446-15, Standard Reference Radiographs for Steel Castings up to 2 in. (50.8 mm) in Thickness, ASTM International, 2015.

[5]   Campbell J., Castings Practice: The 10 Rules of Castings, Butterworth-Heinemann, 2004.

[6]   Dong Y., Fan X.M., Liu B., Numerical simulation and technology optimization of rear oil seal bearing die castings based on ProCAST, Advanced Materials Research, 2011, 4008-4013.

[7]   Jiang Y., He Y., He Y., Qian X., Huang Y., Analysis and optimization on the gating system of aluminum alloy piston in casting, Applied Mechanics and Materials, 2011, 32-35.

[8]   Liu H., Feng F., Yan, C., Zheng X., Computer simulation of the filling process of air intake hood based on ProCAST, Advanced Materials Research, 2012, 327-331.

[9]   Han D.D., Wang C.J., Chang J., Chen L., Xie H.B., Numerical simulation of filling and solidification in sand casting by Procast, Advanced Materials Research, 2013, 550-553.

[10]   Liang T., Qu Y.H., Liu X.F., Wang F., Zhang M.H., Simulation of filling and solidification processes of rump pan by procast, Advanced Materials Research, 2013, 1212-1215.

[11]   Lu H.F., Chen R.F., Zhao Y.H., Wu L., Li Z.L., Yang H., Numerical simulation and process optimization of aluminum alloy connecting rod based on ProCAST, Advanced Materials Research, 2013, 549-552.

[12]   Raghupathy R., Amirthagadeswaran K.S., Parametric optimization and solidification analysis of grey cast pump adapter castings using DOE and CAE–a case study, Australian Journal of Mechanical Engineering, 2017, 15(1) 27-35.

[13]   Vdovin R.A., Smelov V.G., Design and optimization of the micro-engine turbine rotor manufacturing using the rapid prototyping technology, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2017.

[14]   ESI ProCast user manual, 2016.

[15]   Ravi B., Casting simulation-best practices, Transaction of 58th IFC, 2010, 19-29.

[16]   Mi G.F., Liu X.Y., Wang K.F., Fu H.Z., Application of Numerical Simulation Technique to Casting Process of Valve Block, Journal of Iron and Steel Research, 2009, 16(4) 12-17.

[17]   Niyama, E., T., U. and Morikawa, M., A method of shrinkage prediction and its application to steel casting practice, International Cast Metals Journal, 1982, 7 52-63.

[18]   Carlson K.D., Beckermann C., Prediction of shrinkage pore volume fraction using a dimensionless Niyama criterion, Metallurgical and Materials Transactions A, 2009, 40(1) 163-175.

[19]   Gorsky D.A., Niyama Based Taper Optimizations in Steel Alloy Castings, MSc. Thesis, Wright State University, 2011.

[20]   Guo J., Beckermann C., Carlson K., Hirvo D., Bell K., Moreland T., Gu J., Clews J., Scott S., Couturier G., Backman D., Microporosity Prediction and Validation for Ni-based Superalloy Castings, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2015, 84(1) 012003.


مقالات آماده انتشار، اصلاح شده برای چاپ
انتشار آنلاین از تاریخ 05 خرداد 1398
  • تاریخ دریافت: 19 فروردین 1398
  • تاریخ بازنگری: 21 اردیبهشت 1398
  • تاریخ پذیرش: 03 خرداد 1398