Forschung zum Mitnahmeverhalten von Aluminiumlegierungsgussteilen im Niederdruck-Druckgussverfahren basierend auf Flow-3D

Mit der Entwicklung des Automobilleichtbaus werden Aluminiumlegierungsgussteile in Automobilen immer häufiger verwendet. Einige dünnwandige Gussteile, die in Automobilkarosserien verwendet werden, sind hauptsächlich Hochdruckgussteile, während einige komplex strukturierte Gussteile wie Radnaben, Motorblöcke und Zylinderköpfe meist im Niederdruckgussverfahren hergestellt werden. Niederdruckguss hat die Eigenschaften einer stabilen Füllung, einer kontrollierbaren Geschwindigkeit und einer Erstarrung unter Druck, um die Zufuhr zu erleichtern. Dem Füllprozess des Niederdruckgusses wurde jedoch nicht genügend Aufmerksamkeit geschenkt. Kürzlich haben einige Forscher herausgefunden, dass, wenn die Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeit beim Niederdruckgussverfahren zu hoch ist, die Füllgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls den kritischen Füllgeschwindigkeitswert (0.5 m/s) überschreitet, was zu Mitreiß- und Schlackeneinschlussfehlern führt und reduzieren die Gusskosten. Mechanische Eigenschaften. Beim Füllprozess des Niederdruckgusses wirken sich die Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeit und das Gefüge des Gussstücks auf die Mitnahmefehler aus. Daher kombiniert dieses Thema numerische Simulation und Experiment, um drei flache Gussteile mit unterschiedlichen Strukturen und unterschiedlichen Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeiten zu vergleichen. Es wurden Forschungen durchgeführt, um die Ursachen von Mitnahmefehlern zu klären und eine Referenz für die Prozessgestaltung des glatten Füllens von Niederdruckguss bereitzustellen.

Testmethode

Untersuchen Sie hauptsächlich den Einfluss von Gussstruktur und Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeit auf den Füllprozess. Daher werden drei einfache Modelle mit unterschiedlichen Strukturen entworfen, wie in Abbildung 1 gezeigt. Die Größe des Gussstücks beträgt 280 mm × 150 mm × 30 mm. Die Mittellagen der drei Flachgussteile weisen unterschiedliche Höhen der Wasserfallstruktur auf. Die Fallhöhen betragen 0, 15 bzw. 30 mm. Der Einfluss der Struktur auf die Qualität von Gussteilen.

Mit der Flow-3D-Software wurden drei verschiedene Modelle und unterschiedliche Fülldrücke simuliert. Wenden Sie das Mitnahmemodell in der Software an, um das Mitnahmevolumen während des Füllprozesses verschiedener Schemata zu analysieren. Speichern Sie diese drei Modelle als STL-Dateien und importieren Sie sie in Flow-3D. Das Gussgitter ist in 5 Millionen unterteilt. Das Gussmaterial ist ZL101A, die Gießtemperatur beträgt 700℃ und die Legierungsviskosität beträgt 0.0019Pa• gemäß der Software-eigenen Datenbank. s, das Formmaterial ist H13-Stahl und die Vorwärmtemperatur beträgt 250 ° C. Geben Sie für diese drei Modelle nacheinander die Boost-Geschwindigkeiten von 2000, 1200, 600 und 300 Pa/s für die Simulation ein

Entsprechend den Simulationsergebnissen wird das Modell mit dem größten und kleinsten Mitnahmevolumen für die Versuchsproduktion ausgewählt. Die ZL101A wird vor Ort in einem Gasofen erschmolzen und zur Modifikation und Veredelung werden die Vorlegierungen Al-10Sr und Al-5Ti-1B verwendet. Das Parameterdesign des Prozesses stimmt mit der Parametereinstellung der Simulation überein. Um die Konsistenz des Aluminiumlegierungszustandes sicherzustellen, wurde dieser Versuch in einem Tiegel durchgeführt. Die mechanischen Eigenschaften im Gusszustand der erfolgreich hergestellten Gussteile werden analysiert. Für jeden Guss werden 4 M6-Zugproben genommen. Der Probenahmeort ist in Abbildung 2 dargestellt. Jedes Modell analysiert 6 Gussteile, insgesamt 24 Zugproben, und der internationale Zugversuch wird übernommen. Norm DIN EN ISO 6892-1. Nehmen Sie Proben mit den niedrigsten mechanischen Eigenschaften und verwenden Sie REM für die Bruchanalyse, um die Ursachen für reduzierte mechanische Eigenschaften zu analysieren.

Nehmen Sie das Schema V3.1 als Beispiel, um die Mitnahmeverteilung während des Füllvorgangs zu beobachten, wie in Abbildung 3 gezeigt. Es ist zu sehen, dass bei einer Füllzeit von 2.9 s die Metallschmelze stetig ansteigt; wenn die Füllung 3.6 s erreicht, dringt das geschmolzene Metall in den Wasserfallbereich ein, was zu starken Turbulenzen und ernsthaftem Mitreißen führt; während des Füllvorgangs Das im Fallbereich entstehende Treibgas wird beim Aufsteigen der Schmelze zufällig im Gussstück verteilt.

Die Simulationsergebnisse zeigen die Luftvolumenverteilung verschiedener Modelle nach dem Befüllen bei unterschiedlichen Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeiten. Es ist zu erkennen, dass das Luftvolumen des Modells V1 geringer ist und das Luftvolumen mit zunehmender Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeit leicht ansteigt. Unabhängig davon, ob die Aufladegeschwindigkeit ansteigt oder nicht, die Modelle V2 und V3 haben unterschiedliche Mitnahmegrade und die Verteilung ist unterschiedlich.

Um den Einfluss der Ladegeschwindigkeit und der fallenden Struktur auf das Luftvolumen zu verdeutlichen, wird das Luftvolumen jedes Schemas quantitativ analysiert und das Luftvolumen jedes Schemas wird aus Flow-3D abgeleitet, wie gezeigt in 5 . Aus den quantitativen Analyseergebnissen des Mitreißens ist ersichtlich, dass, wenn keine fallende Struktur vorhanden ist, das Ausmaß des Mitreißens mit der Erhöhung der Verstärkungsgeschwindigkeit zunimmt; bei einer fallenden Struktur ändert sich der Mitnahmebetrag mit der Erhöhung der Aufladegeschwindigkeit nicht wesentlich; die gleiche Art der Erhöhung Unter Druckgeschwindigkeit erhöht sich die Höhe der fallenden Struktur, und das Volumen der Mitnahme nimmt erheblich zu. Daher ist die fallende Struktur im Gussstück der Hauptfaktor, der das Mitnahmevolumen beeinflusst. Wenn keine fallende Struktur vorhanden ist, beeinflusst die Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeit das Mitnahmevolumen.

Die tatsächliche Gussteilanalyse der mechanischen Eigenschaften und des Bruchs 

Für das V1-Modell und das V3-Modell wurde die gleiche Fülldruckgeschwindigkeit von 300 Pa/s für die Produktionsversuchsproduktion verwendet. Von jedem Modell wurden 12 Stück hergestellt. Es ist zu erkennen, dass die Gussqualität gut ist und der Umriss klar ist. 6 davon werden für die Bearbeitung von Zugstäben ausgewählt.

Die Zugfestigkeit und Dehnung des Gussstücks kann durch den Zugversuch ermittelt werden, wie in Abbildung 7 dargestellt. Es ist zu sehen, dass die Zugfestigkeit und Dehnung von Gussstücken ohne Fallstruktur relativ stabil sind, die durchschnittliche Zugfestigkeit beträgt 191 MPa und die durchschnittliche Dehnung kann 5.3% erreichen; während die Zugfestigkeit und Dehnung von Gussstücken mit 30 mm Fallstruktur Die Dehnung hat relativ niedrige Werte. Die durchschnittliche Zugfestigkeit beträgt 178 MPa und die durchschnittliche Dehnung beträgt nur 3.8%. Wählen Sie die Probe mit einer Zugfestigkeit von weniger als 160 MPa in der fallenden Struktur aus und führen Sie eine REM-Analyse des Bruchs durch, wie in Abbildung 8 gezeigt. Es ist zu sehen, dass auf der Bruchoberfläche relativ große Defekte mit eingeschlossenem Zunder vorhanden sind. In Verbindung mit der Analyse der Simulationsergebnisse liegt der Hauptgrund darin, dass im Fallbauwerk ein gravierendes Mitnahmeverhalten erzeugt wird.

3 Fazit

1. Beim Füllprozess des Niederdruckgusses ist das Fallgefüge die Hauptmitnahmeursache und das Mitnahmevolumen nimmt mit der Höhe des Fallgefüges zu.
2. Bei fallendem Gefüge im Gussstück werden Turbulenzen erzeugt, der Oxidzunder faltet sich, es treten Mitnahmefehler auf und die mechanischen Eigenschaften des Gussstücks werden stark reduziert.

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