-

Abstract

In this study, a gearbox produced by high-pressure die casting method is analyzed depending on different thermal and dynamic parameters by Vulcan and Flow3D simulation soft wares. In the simulations, die temperature is taken as 423 and 573 K, and casting temperature is taken as 953 and 1053K. In addition, Injection’s second phase velocity is determined 1, 3 and 5 m/s respectively. Moreover, filling gate and biscuit are determined as the start point of second phase. 48 simulations are totally performed using those parameters in those soft wares. Simulation outcomes are studied in terms of porosity as well as the effects of different injection parameters on the product porosity. Optimal casting parameters for the gearbox given its details in the material and methods section of the study are also presented. When all the experimental parameters are taken into consideration, optimal conditions are determined as such that Filling gate is for the second phase start point, second phase velocity is 2 m/s, casting temperature is 1053K and die temperature is 573K. Porosity amount is 2.72% for Vulcan and 3.24% for Flow3D. According to the obtained results, porosity amount is decreased 27% in the ideal conditions

Keywords

• High-pressure die-casting, Casting simulation, Porosity, Injection phase

Yüksek Basınçlı Döküm Prosesinde Enjeksiyon Parametrelerine Bağlı Olarak Döküm Simülasyon

Öz

Özet. Bu çalışmada, yüksek basınçlı döküm yöntemi ile üretimi gerçekleştirilen bir dişli kutusunun farklı termal ve dinamik parametrelere bağlı olarak Vulcan ve Flow3D simülasyon programları kullanılarak analiz işlemleri gerçekleştirilmiştir. Simülasyonlar sırasında kalıp sıcaklığı olarak 423 ve 573 K, döküm sıcaklığı olarak 953 ve 1053 K, enjeksiyon ikinci faz hızı olarak 1, 3 ve 5 m/s ve ikinci fazın başlangıcı olarak dolum ağzı ve topuk kısımları belirlenmiştir. Bu parametreler kullanılarak iki programda toplam 48 adet simülasyon yapılmıştır. Simülasyonların sonuçları porozite açısından incelenmiş ve enjeksiyon parametrelerinin parçada oluşan poroziteye etkisi araştırılmıştır. Materyal ve metot kısmında detayları verilen dişli kutusu için optimum döküm parametreleri sunulmuştur. Tüm deneysel parametreler dikkate alındığında optimum şartlar, ikinci faz başlangıç noktası için dolum ağzı, ikinci faz hızı 2 m/s, döküm sıcaklığı 1053K ve kalıp sıcaklığı 573K olarak belirlenmiştir. Bu parametreler için porozite miktarı Vulcan’da %2.72 ve Flow3D’de %3.24 oranında gerçekleşmiştir. Elde edilen sonuçlara göre ideal enjeksiyon şartlarında porozite miktarında %27 oranında azalma sağlanmıştır.

 

Abstract. In this study, a gearbox produced by high-pressure die casting method is analyzed depending on different thermal and dynamic parameters by Vulcan and Flow3D simulation soft wares. In the simulations, die temperature is taken as 423 and 573 K, and casting temperature is taken as 953 and 1053K. In addition, Injection’s second phase velocity is determined 1, 3 and 5 m/s respectively. Moreover, filling gate and biscuit are determined as the start point of second phase.  48 simulations are totally performed using those parameters in those soft wares. Simulation outcomes are studied in terms of porosity as well as the effects of different injection parameters on the product porosity. Optimal casting parameters for the gearbox given its details in the material and methods section of the study are also presented. When all the experimental parameters are taken into consideration, optimal conditions are determined as such that Filling gate is for the second phase start point, second phase velocity is 2 m/s, casting temperature is 1053K and die temperature is 573K. Porosity amount is 2.72% for Vulcan and 3.24% for Flow3D. According to the obtained results, porosity amount is decreased 27% in the ideal conditions.

Anahtar Kelimeler

• Yüksek basınçlı döküm, Döküm simülasyonu, Porozite, Enjeksiyon fazı

References

1. Verran, G., O., Mendes, R. P. K., Rossi, M. A., (2006) Influence of Injection Parameters on Defects Formation in Die Casting Al12Si1,3Cu: Experimental Results and Numeric Simulation. Journal of metarials Processing Technology 179:190-195.
2. Shoumei, X., Lau F., Lee, W.B., (2002) An efficient thermal analysis system fort he die- casting process. Journals of Materials Processing Technology 128:19-24.
3. Doehler, H.H., (1974) Basınçlı Döküm. Erkek Teknik Yüksek Öğretmen Okulu Matbaası 514.
4. Vinarcık, J.E., (2003) High Integrity Die Casting Processes. John Wiley&Sons 223.
5. Yüksel, S., Göloğlu C., (2009) Metal enjeksiyon kalıplamada yolluk tasarımı sistematiği, 5. Uluslar arası İleri Teknolojiler Sempozyumu, Karabük Üniversitesi.
6. Koru, M., (2009) Basınçlı Döküm Yönteminde Al-Si (A413) Alaşımının Termal ve Dinamik Parametrelere Bağlı Olarak Ara Yüzey Isı Transfer Katsayısının Deneysel ve Teorik İncelenmesi. Doktora, Fen Bilimleri Enstitüsü, Süleyman Demirel Üniversitesi, 127.
7. İpek, O., Koru, M., (2011) Yüksek Basınçlı Döküm Prosesinde Kalıp Sıcaklığına Bağlı Olarak Döküm-Kalıp Ara Yüzeyinde Oluşan Termal Temas Direncinin Belirlenmesi. Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, 31:45-57.
8. Imwinkeleid, T., Homberger, H., (2001) Mould Fill Simulation to Improve the Quality of a Component. Magnesium Industry 39-43.

9. Çolak, M., Kayıkçı, R., (2005) Döküm simülasyon programları üzerine bir değerlendirme. Metal Dünyası, 189:2-4.
10. Arda, İ., Kayıkçı, R., (2006) Döküm simülasyonu nedir? Ne değildir? Metal Dünyası 154:144-148.
11. Savaş, Ö., Kayıkcı, R., Cüceloğlu, E., (2005) Alüminyum-Silisyum Alaşımlarının Dökümünde Mikro Porozite Probleminin İncelenmesi. Metal Dünyası 144:119-123.
12. Marques, M.H., (2006) CAE Techniques for casting optimization. Instituto de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial 1-4.
13. Uludağ, A., (2007) Basınçlı Döküm Yönteminde Kalıp Sistem Tasarımı ve Simülasyon Analizi. Yüksek Lisans, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yıldız Teknik Üniversitesi 91.
14. Flender, E., Hartman, G., (2008) Modeling and Simulation in High Pressure Die Casting. Metal World 10-17.
15. Aslan, O. S., (2007) Basınçlı Dökümde Kaliteyi Etkileyen Faktörlerin Araştırılması. Yüksek Lisans, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yıldız Teknik Üniversitesi 84.
16. Sirviö, M., Vapalahti, S., Väinölä, J., (2007) Complete Simulation of High Pressure Die Casting Process. http://www.castingsimulation.com, 1-6. Available date: 12.08.2014
17. Jin, C.K., Kang, C.G., (2012) Fabrication by vacuum die casting and simulation of aluminum bipolar plates with mikro-channels on both sides for proton exchange membrane (PEM) fuel cells. International Journal of Hydrogen Energy 32:1661-1676.
18. Jin, C.K., Kang, C.G., (2011) Fabrication process analysis and exprimental verification for aluminum bipolar plates in fuel cells by vacuum die-casting. Journal of Power Source 196:8241-8249.
19. Papai, J.P., (1994) Contact heat transfer coefficient in aluminum alloy die casting: an experimental and numerical investigation. Ph. D., The Ohio State University 285.