Recherche sur le comportement d'entraînement des pièces moulées en alliage d'aluminium dans le processus de moulage sous pression à basse pression basé sur Flow-3D

Avec le développement de l'automobile légère, les moulages en alliage d'aluminium sont de plus en plus largement utilisés dans les automobiles. Certains moulages à paroi mince utilisés dans les carrosseries automobiles sont principalement des moulages à haute pression, tandis que certains moulages à structure complexe tels que les moyeux de roues, les blocs moteurs et les culasses sont principalement formés par moulage à basse pression. La coulée à basse pression présente les caractéristiques d'un remplissage stable, d'une vitesse contrôlable et d'une solidification sous pression pour faciliter l'alimentation. Cependant, une attention insuffisante a été accordée au processus de remplissage de la coulée à basse pression. Récemment, certains chercheurs ont découvert que si la vitesse de pressurisation dans le processus de coulée à basse pression est trop rapide, la vitesse de remplissage du métal en fusion dépassera la valeur critique de la vitesse de remplissage (0.5 m/s), ce qui provoquera des défauts d'entraînement et de piégeage des scories. , et réduire le coût de coulée. Propriétés mécaniques. Lors du processus de remplissage de la coulée basse pression, la vitesse de pressurisation et la structure de la coulée auront un impact sur les défauts d'entraînement. Par conséquent, ce sujet combine la simulation numérique et l'expérimentation pour comparer trois coulées plates avec des structures différentes et des vitesses de pressurisation différentes. Des recherches ont été menées pour clarifier les causes des défauts d'entraînement et fournir une référence pour la conception du procédé de remplissage en douceur de la coulée basse pression.

Méthode d'essai

Étudiez principalement l'influence de la structure de coulée et de la vitesse de pressurisation sur le processus de remplissage. Par conséquent, trois modèles simples avec des structures différentes sont conçus, comme le montre la figure 1. La taille du moulage est de 280 mm × 150 mm × 30 mm. Les positions centrales des trois moulages plats ont des hauteurs différentes de la structure en cascade. Les hauteurs de chute sont respectivement de 0, 15 et 30 mm. L'influence de la structure sur la qualité des moulages.

À l'aide du logiciel Flow-3D, trois modèles différents et différentes pressions de remplissage ont été simulés. Appliquez le modèle d'entraînement dans le logiciel pour analyser le volume d'entraînement pendant le processus de remplissage de différents schémas. Enregistrez ces trois modèles sous forme de fichiers STL et importez-les dans Flow-3D. La maille de coulée est divisée en 5 millions. Le matériau de coulée est le ZL101A, la température de coulée est de 700 et la viscosité de l'alliage est de 0.0019 Pa• selon la propre base de données du logiciel. s, le matériau du moule est en acier H13 et la température de préchauffage est de 250 ℃. Pour ces trois modèles, entrez les vitesses de boosting de 2000, 1200, 600 et 300Pa/s en séquence pour la simulation

Selon les résultats de la simulation, le modèle avec le plus grand et le plus petit volume d'entraînement est sélectionné pour la production d'essai. Le ZL101A est fondu dans un four à gaz sur place, et les alliages maîtres Al-10Sr et Al-5Ti-1B sont utilisés pour la modification et le raffinement. La conception des paramètres du procédé est cohérente avec le paramétrage de la simulation. Afin d'assurer la cohérence de l'état de l'alliage d'aluminium, cette expérience a été réalisée dans un creuset. Les propriétés mécaniques brutes de coulée des pièces moulées produites avec succès sont analysées. 4 échantillons de traction M6 sont prélevés pour chaque coulée. Le lieu d'échantillonnage est illustré à la figure 2. Chaque modèle analyse 6 pièces moulées, un total de 24 échantillons de traction, et l'essai de traction international est adopté. Norme DIN EN ISO 6892-1. Prélevez des échantillons avec les propriétés mécaniques les plus faibles et utilisez le SEM pour l'analyse des fractures afin d'analyser les causes profondes des propriétés mécaniques réduites.

Prenons le schéma V3.1 comme exemple pour observer la distribution de l'entraînement pendant le processus de remplissage, comme le montre la figure 3. On peut voir que lorsque le temps de remplissage est de 2.9 s, le métal en fusion monte régulièrement ; lorsque le remplissage atteint 3.6 s, le métal en fusion pénètre dans la zone de la cascade, provoquant de fortes turbulences et un entraînement important ; au fur et à mesure que le processus de remplissage se poursuit, le gaz d'entraînement généré dans la zone de chute sera distribué de manière aléatoire dans la coulée à mesure que le métal en fusion s'élève.

Les résultats de la simulation montrent la distribution du volume d'air de différents modèles après remplissage à différentes vitesses de pressurisation. On peut voir que le volume d'air du modèle V1 est moindre et que le volume d'air augmente légèrement à mesure que la vitesse de pressurisation augmente. Que la vitesse de suralimentation augmente ou non, les modèles V2 et V3 ont des degrés d'entraînement différents et la répartition est différente.

Afin de clarifier l'impact de la vitesse de suralimentation et de la structure en chute sur le volume de volume d'air, le volume de volume d'air de chaque schéma est analysé quantitativement, et le volume de volume d'air de chaque schéma est dérivé de Flow-3D, comme représenté sur la figure 5. On peut voir d'après les résultats de l'analyse quantitative de l'entraînement que lorsqu'il n'y a pas de structure en chute, la quantité d'entraînement augmente avec l'augmentation de la vitesse d'entraînement ; lorsqu'il y a une structure en chute, la quantité d'entraînement ne change pas de manière significative avec l'augmentation de la vitesse d'assistance ; le même type d'augmentation Sous la vitesse de pression, augmentez la hauteur de la structure en chute et le volume d'entraînement augmentera considérablement. Par conséquent, la structure en chute dans la coulée est le principal facteur affectant le volume d'entraînement. Lorsqu'il n'y a pas de structure en chute, la vitesse de pressurisation affectera le volume d'entraînement.

L'analyse réelle des moulages des propriétés mécaniques et de la traction 

Pour le modèle V1 et le modèle V3, la même vitesse de pression de remplissage de 300 Pa/s a été utilisée pour la production d'essai de production. 12 pièces de chaque modèle ont été produites. On peut voir que la qualité de coulée est bonne et le contour est clair. 6 d'entre eux sont sélectionnés pour le traitement des barres d'essai de traction.

La résistance à la traction et l'allongement de la pièce moulée peuvent être obtenus grâce à l'essai de traction, comme le montre la figure 7. On peut voir que la résistance à la traction et l'allongement des pièces moulées sans structure en chute sont relativement stables, la résistance à la traction moyenne est de 191 MPa, et la l'allongement moyen peut atteindre 5.3 % ; tandis que la résistance à la traction et l'allongement des pièces moulées avec une structure tombante de 30 mm L'allongement a des valeurs relativement faibles. La résistance à la traction moyenne est de 178 MPa et l'allongement moyen n'est que de 3.8%. Sélectionnez l'échantillon avec une résistance à la traction inférieure à 160 MPa dans la structure en chute et effectuez une analyse SEM sur la fracture, comme illustré à la figure 8. On peut voir qu'il existe des défauts d'échelle entraînée relativement importants à la surface de la fracture. Combiné avec l'analyse des résultats de simulation, la raison principale est qu'un comportement d'entraînement sérieux est produit dans la structure en chute.

Conclusion 3

1. Pendant le processus de remplissage de la coulée à basse pression, la structure tombante est la principale cause d'entraînement, et le volume d'entraînement augmente avec la hauteur de la structure tombante.
2. S'il y a une structure en chute dans la coulée, des turbulences seront générées, les écailles d'oxyde se plieront, la formation de défauts d'entraînement et les propriétés mécaniques de la coulée seront considérablement réduites.

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