Casting simulation for different mold design in pressure casting of A384 Aluminum alloy

Year 2024, Volume: 16 Issue: 1, 11 - 19, 24.12.2024

Emre Acar , Murat Koru

https://doi.org/10.55974/utbd.1443609

Abstract

Finite Difference Method (FDM) and Finite Element Method (FEM) are used to create similar conditions of the casting process using a computer program. The casting simulation method calculates the possible results of the casting process and displays them visually in the simulation environment. There are several programs developed for this purpose on the market. The Flow-3D simulation program was used in this study. The aim is to determine the optimum mold design for the tensile test specimen in the high-pressure casting process of A384 Al alloy. The results of filling time (s), solidification time (s), maximum filling speed (m/s) and micro-porosity (%) were examined with the simulations made with the existing mold design of the drawing sample. As a result of this investigation, simulation processes were carried out with the simulation input parameters determined by selecting mold temperature 413 (K), casting temperature 900 (K), second phase speed 1 (m/s) for 5 different runner designs in order to reduce the microporosity (%) results. Finally, the simulation results obtained were evaluated and the mold design that can obtain the optimum product was determined.

Keywords

Die casting,, Finite Element Method(FEM),, Flow 3D,, A384 Aluminum Alloy,, Finite Difference Method(FDM),

A384 Alüminyum alaşımının basınçlı dökümde farklı kalıp tasarımı için döküm simülasyonu

Abstract

Sonlu farklar metodu (FDM) ve sonlu elemanlar yöntemi (FEM) kullanılarak bilgisayar programı yardımıyla döküm prosesi benzer şartları oluşturulmaktadır. Döküm simülasyonu yöntemi ile döküm prosesinde karşılaşılacak muhtemel sonuçlar hesaplanarak simülasyon ortamında görsel olarak gösterilmektedir.Piyasada bu amaçlar için geliştirilmiş çeşitli programlar mevcuttur. Bu çalışmada Flow-3D simülasyon programı kullanılmıştır. A384 Al. alaşımının yüksek basınçlı döküm prosesinde çekme numunesi için optimum kalıp tasarımının belirlenmesi amaçlanmıştır. Çekme numunesinin halihazırda bulunan kalıp tasarımı ile yapılan simülasyonlar ile; dolum süresi(s) , katılaşma süresi(s), max dolum hızı(m/s) ve micro-porozite(%) sonuçları incelenmiştir.Yapılan bu inceleme sonucunda micro-porozite(%) sonuçlarının düşürülmesine yönelik olarak 5 farklı yolluk tasarımı için Kalıp Sıcaklığı 413 (K), Döküm Sıcaklığı 900 (K), İkinci Faz Hızı 1 (m/s) seçilerek belirlenen simülasyon giriş parametreleri ile simülasyon işlemleri yapılmıştır. Son olarak elde edilen simülasyon sonuçları değerlendirilerek optimum ürün elde edilebilecek kalıp tasarımı belirtilmiştir.

Keywords

Basınçlı döküm,, Sonlu Elemanlar Metodu(FEM),, Flow 3D,, A384 Alüminyum Alaşımı,, Sonlu Farklar Metodu (FDM)

References

• Arda İ., Kayıkcı, R. (2006). Döküm simülasyonu nedir? Ne değildir? Metal Dünyası, 154, 144-148.
• Kim, E.S., Lee, K.H., Moon, Y.H., (2000) A feasibility study of the partial squeeze and vacuum die casting process. Journal of Materials Processing Technology. 105, 42-48.
• Aksoylu, B., Ensari, M.C. (2005). Basınçlı (Enjeksiyon) dökümde vakum uygulaması. Metal Dünyası, 148, 143-147.
• Jin, C.K., Kang, C.G. (2011). Fabrication process analysis and expremental verification for aluminum bipolar plates in fuel cells by vacuum die-casting. Journal of Power Source, 196, 8241-8249.
• Jin, C.K., Kang, C.G. (2012). Fabrication by vacuum die casting and simulation of aluminum bipolar plates with micro-channels on both sides for proton exchange membrane (PEM) fuel cells. International Journal of Hydrogen Energy. 32, 1661-1676.
• Marques, M.J. (2006). CAE Techniques for casting optimization. Instituto de Engenharia Mecanica e Gestao Industrial.
• Anonim, 2023. TALSAD Dünyada ve Türkiyede Alüminyum Sektör Raporu 2022 -Özet DİE yayını, 15s., Ankara.
• Imwinkelried, T., Homberger, H. (2001). Mould fill simulation to improve the quality of a component. Magnesium Industry, 39-43.
• Çolak, M., Kayıkcı, R. (2005). Döküm simülasyon programları üzerine bir değerlendirme. Metal Dünyası, 189, 2-4.
• Arda, İ., Kayıkcı, R. (2006). Döküm simülasyonu nedir? Ne değildir? Metal Dünyası, 154, 144-148.
• Savaş, Ö., Kayıkcı, R., Cüceloğlu, E. (2005). Alüminyum-Silisyum alaşımlarının dökümünde mikro porozite probleminin incelenmesi. Metal Dünyası, 144, 119-123.
• Boydak, Ö., (2007). An Experimental and a numerical investigation of a high pressüre die casting aluminium alloy. Boğaziçi Ü., Graduate program in mechanical engineering, Degree of Master, 121 s., İstanbul.
• Gözen A., (2007). Basınçlı döküm kalıplarında yolluk sistemlerinin tasarımı ve simülasyonunun incelenmesi. Yıldız teknik Üniversitesi, Fen bilimleri enstitüsü, makine müh. Anabilim dalı, 107 s., İstanbul.
• Uludağ., A., (2007) Basınçlı döküm yönteminde kalıp sistem tasarımı ve simülasyon analizi., Yıldız teknik Üniversitesi, Fen bilimleri enstitüsü, makine müh. Anabilim dalı, 91 s., İstanbul.
• Seo, P.K., Kim, D.U., Kang, C.G., 2007a. The effect of the gate shape on the micro structural characteristic of the grain size of Al–Si alloy in the semi-solid die casting process. Materials Science and Engineering, A445-446, 20-30.
• Seo, P.K., Kim, H.C., Kang, C.G., 2007b. Numerical integration design process to development of suspension parts by semi-solid die casting process. Journal of Materials Processing Technology, 183, 18-32.
• Yan, H., Zhuang, W., Hu, Y., Zhang, Q., Jin, H. (2007). Numerical simulation of AZ91D alloy automobile plug in pressüre die casting process. Journal of Materials Processing Technology, 187-188, 349-353.
• Flender, E., Hartmann, G. (2008). Modeling and simulation in high pressüre die casting. Metalworld, 10-17.
• Yüksel, S., Göloğlu C. (2009). Metal enjeksiyon kalıplamada yolluk tasarımı sistematiği. 5. Uluslar arası İleri Teknolojiler Sempozyumu, Karabük Üniversitesi, Karabük.
• Koru, M. & Serçe, O. (2015). Yüksek Basınçlı Döküm Prosesinde Enjeksiyon Parametrelerine Bağlı Olarak Döküm Simülasyon . Cumhuriyet Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fen Bilimleri Dergisi , 36 (5) , 10-23 . DOI: 10.17776/csj.51962
• Çiğdemoğlu, M., 1972. Basınçlı Döküm Cilt 1. Makine Mühendisleri Odası Yayınları No:77, 142s İstanbul.
• Doehler, H.H. (1974). Basınçlı Döküm. Çeviren, Bayvas, M.Ş., Mesleki ve Teknik Öğretim Kitapları, Etüd Ve Programlama Dairesi Yayınları No:80, Erkek Teknik Yüksek Öğretmen Okulu Matbaası, 514s, Ankara.
• Vinarcık, J.E. (2003). High Integrity Die Casting Processes. John Wiley&Sons, 223p, New York.
• Papia, J.P. (1994). Contact heat transfer coefficient in aluminum alloy die casting: an experimental and numerical investigation. Ph.D. Thesis, The Ohio State University, 285p.
• Huang, Y. J., Hu, B. H., Pinwill, I., Zhou, W., Taplin, D.M.R., 2000. Effect of process settings on the porosity levels of AM60B magnesium die castings. Materials and Manufacturing Process, Vol. 15, No:1, pp 97-105.