Como otimizar o processo de fundição sob baixa pressão de ligas de alumínio para reduzir poros e inclusões de óxido?

Como otimizar o baixo-Fundição sob pressão Qual o processo de redução de poros e inclusões de óxido em ligas de alumínio?

A fundição de ligas de alumínio sob baixa pressão é uma técnica avançada. Tecnologia de Fundição amplamente utilizado em indústrias como a automobilística, aeroespacial e de fabricação de máquinas. No entanto, emfundição de baixa pressão Processos de fundição, porosidade e inclusões de óxido são dois defeitos comuns que afetam a qualidade e o desempenho das peças fundidas. A porosidade reduz a resistência mecânica e a resistência à corrosão das peças fundidas, enquanto as inclusões de óxido afetam a qualidade da superfície e a estrutura interna. Portanto, otimizar o processo de fundição sob baixa pressão para reduzir esses defeitos é crucial para melhorar a qualidade das peças fundidas e a eficiência da produção.

1. Visão geral do processo de fundição sob baixa pressão de liga de alumínio
A fundição sob baixa pressão de ligas de alumínio é um processo de fundição no qual o metal fundido é injetado na cavidade do molde sob baixa pressão e solidificado sob pressão. Suas principais vantagens incluem o preenchimento estável do metal fundido, alta qualidade da peça fundida, alta eficiência de produção e adequação para a produção de peças fundidas com formatos complexos. No entanto, devido aos parâmetros complexos do processo e à influência mútua entre o fluxo do metal fundido e o processo de solidificação, a geração de poros e inclusões de óxido é difícil de ser completamente evitada.

2. Causas dos poros e medidas de otimização
(I) Causas dos poros
A porosidade é um dos defeitos comuns na fundição de ligas de alumínio sob baixa pressão, sendo principalmente dividida em poros de laminação, poros de precipitação e poros de reação.
Poros laminados: Durante o processo de enchimento do metal fundido, o ar é aspirado para dentro do metal fundido, formando poros devido à velocidade de enchimento excessiva ou à exaustão inadequada do molde.
Poros de precipitação: O gás (como o hidrogênio) presente no metal fundido precipita durante o processo de solidificação, formando poros.
Poros de reação: O metal fundido reage quimicamente com o molde ou revestimento, gerando gás e formando poros.
(II) Medidas de otimização
Otimize a velocidade de enchimento
Reduzir a velocidade de enchimento pode diminuir o aprisionamento de ar pelo metal fundido. Através de tecnologias de simulação numérica, como ProCAST ou MAGMA, a curva de velocidade de enchimento pode ser otimizada para garantir um enchimento uniforme do metal fundido. Por exemplo, na fundição sob baixa pressão da caixa de controle da transmissão, os poros causados ​​por turbulência e respingos são reduzidos ajustando-se a velocidade de enchimento.
Para peças fundidas com formatos complexos, como rodas de liga de alumínio, reduzir a velocidade inicial de ascensão do líquido para 65 mm/s pode reduzir significativamente os poros próximos ao ponto de injeção.
Otimizar o projeto do molde
Certifique-se de que o canal de exaustão do molde esteja desobstruído, especialmente na última etapa da polimerização do metal fundido. O efeito de exaustão pode ser melhorado adicionando ranhuras de exaustão ou utilizando materiais de molde com boa permeabilidade ao ar.
O projeto do molde deve dispor o sistema de resfriamento de forma adequada para acelerar a solidificação de peças com paredes espessas e reduzir a formação de poros. Por exemplo, na fundição sob baixa pressão de carcaças de caixas de engrenagens, a geração de contração e poros foi reduzida com o aumento do número de resfriadores e a otimização da disposição dos mesmos.
Controlar a qualidade do metal fundido
Durante o processo de fundição, utilize agentes de refino e desgaseificantes de alta qualidade para reduzir o teor de gás no metal fundido. Remova a escória e os óxidos da superfície do líquido em tempo hábil para evitar que o gás retorne à peça fundida.
Selecione um agente desmoldante adequado para garantir que ele não gere gás durante o processo de fundição.

3. Causas da formação de inclusões de óxido e medidas de otimização
(I) Causas da formação de inclusões de óxido
As inclusões de oxidação resultam principalmente da reação de oxidação do metal fundido durante a fundição e o enchimento. Por exemplo, na fundição sob baixa pressão de ligas de magnésio, o metal fundido no alimentador entra em contato com o ar, formando inclusões de oxidação. Além disso, a turbulência e os respingos do metal fundido durante o processo de enchimento também contribuem para a geração de inclusões de oxidação.
(II) Medidas de otimização
Otimize o processo de enchimento
Adote um método de enchimento suave para reduzir a turbulência e os respingos do metal fundido. Por exemplo, ajustando a área da seção transversal e a posição do sistema de vazamento, o enchimento com metal fundido torna-se mais uniforme. Na fundição sob baixa pressão da caixa de controle da transmissão, as inclusões oxidadas causadas pelos respingos do metal fundido são reduzidas pela otimização do sistema de vazamento.
Utiliza a tecnologia de fundição de baixa pressão com bomba eletromagnética, que atua diretamente sobre o metal líquido por meio de força eletromagnética sem contato, evitando o problema de oxidação causado pelo ar comprimido impuro.
Otimizar o projeto do molde
No projeto do molde, o sistema de vazamento e o canal de exaustão são dispostos de forma racional para reduzir a probabilidade de oxidação do metal fundido durante o processo de enchimento. Por exemplo, na fundição sob baixa pressão da carcaça da transmissão, utiliza-se um sistema de vazamento aberto para reduzir a força de abrasão do metal fundido sobre o molde de areia, diminuindo assim a formação de inclusões de oxidação.
Utilize revestimentos de alta qualidade na cavidade do molde para reduzir o contato direto entre o metal fundido e a superfície do molde.
Controlar a qualidade do metal fundido
Durante o processo de fundição, é fundamental controlar rigorosamente a temperatura e a composição do metal fundido para reduzir a ocorrência de reações de oxidação. Por exemplo, utilizando ligas de alumínio de alta pureza e otimizando o processo de fundição, é possível reduzir as inclusões de oxidação no metal fundido.
Durante o processo de enchimento, utilize um filtro ou peneira para remover as inclusões de oxidação no metal fundido.

4. Aplicação da tecnologia de simulação numérica na otimização de processos
A tecnologia de simulação numérica, como ProCAST e MAGMA, tornou-se uma ferramenta importante para otimizar o processo de fundição sob baixa pressão de ligas de alumínio. Através da simulação numérica, o processo de preenchimento e solidificação do metal fundido pode ser observado intuitivamente, e a localização de poros e inclusões de oxidação pode ser prevista. Por exemplo, na fundição sob baixa pressão da caixa de controle da transmissão, a localização de poros e contração foi prevista por meio de simulação numérica, e o sistema de alimentação e os parâmetros do processo foram otimizados de acordo. Na fundição sob baixa pressão da carcaça da caixa de engrenagens, a temperatura de vazamento, a pressão de preenchimento e o layout do resfriador foram otimizados por meio de simulação numérica, o que reduziu significativamente a geração de poros e contração.
A tecnologia de simulação numérica não só permite prever defeitos, como também encontra rapidamente a melhor combinação de parâmetros de processo através do planejamento experimental virtual. Por exemplo, na fundição sob baixa pressão de cilindros de motor em liga de alumínio, a estrutura do canal de distribuição foi otimizada por meio de simulação MAGMA, eliminando completamente os defeitos de contração.

5. Análise de caso real
(I) Otimização do processo de fundição sob baixa pressão da caixa de controle da transmissão
Na fundição sob baixa pressão da caixa de controle da transmissão, devido à grande diferença na espessura da parede e à transição irregular, a ocorrência de poros e defeitos de contração é comum. Através de simulação numérica, os processos de preenchimento e solidificação de diferentes esquemas de sistema de alimentação foram analisados, um esquema mais adequado foi selecionado e o sistema de alimentação e os parâmetros do processo foram otimizados. Finalmente, ajustando a área da seção transversal e a posição do canal de alimentação interno e adicionando um sistema de resfriamento, a geração de poros e a contração foram significativamente reduzidas.
(II) Otimização do processo de fundição a baixa pressão de cubos de rodas de liga de alumínio
Na fundição sob baixa pressão de cubos de rodas de liga de alumínio com superfícies complexas, a simulação numérica foi utilizada para prever a localização de poros e contração, e analisar suas causas. As medidas de otimização incluem a redução da velocidade inicial de ascensão do líquido, o ajuste da vazão de água do sistema de refrigeração lateral do molde e a instalação de um canal de compensação de contração. Por meio dessas medidas de otimização, os defeitos das peças fundidas foram praticamente eliminados e as propriedades mecânicas ficaram excelentes.
(III) Otimização do processo de fundição sob baixa pressão da carcaça da caixa de engrenagens
Na fundição sob baixa pressão da carcaça da caixa de engrenagens, a temperatura de vazamento, a pressão de enchimento e o layout dos resfriadores são otimizados por meio de simulação numérica. Os parâmetros de processo otimizados incluem o aumento da temperatura de vazamento para 700 °C, o aumento do número de resfriadores e a otimização do layout, além do aumento do diâmetro do alimentador superior. Por meio dessas medidas de otimização, os poros e os defeitos de contração das peças fundidas são significativamente reduzidos, e as propriedades mecânicas e a qualidade da superfície são significativamente melhoradas.

6. Resumo e Perspectivas
A otimização do processo de fundição sob baixa pressão de ligas de alumínio é crucial para reduzir poros e inclusões de óxido. Ao otimizar a velocidade de enchimento, o projeto do molde e a qualidade do metal líquido, a ocorrência desses defeitos pode ser efetivamente reduzida. A tecnologia de simulação numérica oferece um forte suporte para a otimização do processo e melhora significativamente a qualidade da fundição e a eficiência da produção, prevendo a localização dos defeitos e otimizando os parâmetros do processo.
No futuro, com o desenvolvimento e a aplicação contínuos da tecnologia de simulação numérica, a otimização do processo de fundição sob baixa pressão de ligas de alumínio será mais precisa e eficiente. Ao mesmo tempo, novas tecnologias de fundição sob baixa pressão, como a tecnologia de fundição sob baixa pressão com bomba eletromagnética, fornecerão novas soluções para a redução de poros e inclusões de óxido. Por meio da otimização contínua do processo e da inovação tecnológica, a fundição sob baixa pressão de ligas de alumínio proporcionará peças fundidas de maior qualidade para indústrias como a automotiva, aeroespacial e de fabricação de máquinas.