In gravity die casting, die cooling systems are frequently employed with water cooling to remove the heat of the solidifying metal. Thermal modeling is an important technique in mold design for improving the productivity of the process. Computer simulation system which consists of pre-processor, main solidification simulator and post-processor has been developed for three dimensional solidification analysis of cyclic gravity die casting. The pre-processor is used for mesh generation in a PC system. The modified finite difference method is adopted for the main solidification simulation algorithm during all the casting cycles. The post-processor graphically presents the simulation results. Several experiments in automotive cast piston were carried out. The temperature variations in casting and mold with time are measured experimentally, and the results are compared with calculation results. The effects of cycle number on solidification pattern are also studied. Several experimental results for the prediction of shrinkage defects are compared with calculated results.
In perspective of saving natural resource and energy, today's automobiles are in process of regenerating by smaller and lighter. In order to achieve the sufficiency on the consumption of the fuel, new mechanism and new assembly are required. Therefore the expectations on the new materials are very high. Especially, AI materials are widely used to reduce the weight. AI that is used in automobiles is mostly casting material, and according to the innovation of technique is in rapid development. AI Die casting is an important field as today's trend of lightweight on automobiles. One of the parts in steering system, Valve Housing plays a role of reduce the operating effort of drivers. Unfortunately, the Valve Housing which is widely reliable to the most automobiles are not developed at this moment in our automobile industry. Therefore, they are produced by casting method which cost three times or even more expensive in production. If Valve Housing, which is a part of steering system is produced by Gravity Casting, the space that manufacturing equipment will be increased, and more time and workers would be brought into service. For such reason, Die Casting would replace Gravity Casting in order to minimize cost of time, manpower, and working space.
In this study, the optimum gating system was designed, and the two zinc alloy worm gears were manufactured in single process by applying a symmetrical gating system with 2 runners. The SRG ratio is set to 1 : 0.9 : 0.6, and the cross-sectional shapes such as sprue, runner and gate are designed. In order to determine whether the design of the gating system is appropriate, casting analysis was carried out. It takes 4.380 s to charge the casting 100%, 0.55 to 0.6 m/s at the gates and solidification begins after the casting is fully charged. The amount of air entrapment is 2% in the left gear and 6% in the right gear. Hot spots occurred in the center hole of the gear, and pores were found to occur around the upper part of the hole. Therefore, the design of the casting method is suitable for worm gears. CT analysis showed that all parts of worm gear were distributed with fine pores and some coarse pores were distributed around the central hole of worm gear. The yield strength and tensile strength were 220 MPa, 285 MPa, and the elongation rate was 8%. Vickers hardness is 82 HV.
Al-Zn-Mg alloys, being high strength aluminum alloys, have attracted attention as a material of automobile parts that require higher mechanical properties and lightness. Automobile parts with complex shapes are manufactured by low-priced casting method, but Al-Zn-Mg alloys are difficult to cast because of its poor hot cracking, feeding, and fluidity. Thus fluidity experiments on Al-Zn-Mg alloys were conducted for the castability evaluation. The effects of Mg and Zn, representative elements of Al-Zn-Mg alloys, on fluidity were observed. Spiral mold was used for fluidity experiments and the lengths of solidified specimens were measured after melting and gravity casting. Correlation between microstructures and fluidity length based on the alloy composition was considered. According to the experimental results, as the amount of Mg and Zn increased, fluidity decreased. Also, it was confirmed that fluidity change by the variation of Mg composition was greater than that of Zn.
Squeeze casting process has been used in the field of a commercial manufacturing method, in which metal is enforcedly solidified under pressure enough to prevent the cast defects such as either gas porosity or shrinkage defect. In this paper, to clarify the relationship between applied pressures and macro ${\cdot}$ microstructural behaviors in gravity and direct squeeze casts, specimens were cast by various squeezing pressures during solidification of 7000 series Al wrought alloy in the metal die designed specially. The applied pressures used in this study were 0, 25, 50, and 75 MPa. The microstructural morphologies of squeeze cast were more fine and dense with increasing the applied pressures, because of the greater solidification rate of billet resulting from the applied pressure. A normal segregation phenomenon of an increasing in amount of eutectics towards the center of the billet was observed for squeeze casts, whereas gravity cast showed an inverse segregation phenomenon of an increasing in amount of eutectics towards the edge in the billet. This change in segregation pattern which is normal or inverse is due to a higher radial temperature gradient and reduced time in the semi solid state for squeeze casting.
The control head components used in small military vessels are designed to be domestically produced, prototypes, structural analysis, and casting methods are designed and cast. The control head assembly consists of a lever, an aluminum outside cover, Middle, front gear cover, back gear cover, and a zinc worm gear. In order to reverse the design of each component, 3D scanning device was used, 3D modeling was performed by CATIA, and prototype productions were carried out by 3D printer. In order to reduce the cost of components, gating system is used by gravity casting method. The SRG ratio of 1:0.9:0.6 was set by applying non-pressurized gating system to aluminum parts, 1:2.2:2.0 and pressurized gating system to zinc parts, and the shapes of sprue, runner and gate were designed. The results of porosity were also confirmed by casting analysis in order to determine whether the appropriate gating system can be designed. The results showed that all parts started solidification after filling completely. ANSYS was used for structural analysis, and the results confirmed that all five components had a safety factor of 15 more. All castings are free of defects in appearance, and CT results show only very small porosity. ZnDC1 zinc alloy worm gear has a tensile strength of 285 MPa and an elongation of 8%. The tensile strength of the four components of A356 aluminum alloy is about 137-162 MPa and the elongation is 4.8-6.5%.
석탄회 70 wt%-점토 30wt%인 슬립으로부터 DCC(Direct Coagulation Casting)법을 이용하여 다공체를 제조하였다. 각각 1.55, 1.60, 1.65g/cm3의 비중을 갖는 슬립으로부터 제조한 다공체의 미세구조 관찰 및 기공크기 분포 측정을 통해 슬립의 비중이 기공크기 및 분포에 미치는 영향에 대해서 연구하였다. 슬립의 비중에 관계없이 평균기공의 크기는 약 2.5μm이었으며, 1.60g/cm3의 비중을 갖는 슬립으로부터 제조된 다공체의 미세구조 및 기공분포가 가장 균일하였다. 슬립비중 1.55g/cm3인 경우에는 고체의 양이 작아 겔화의 진행이 느려 기공분포가 넓어졌으며, 비중 1.65g/cm3인 슬립은 해교제의 첨가량이 많아 응집제 첨가시 점도의 변화가 매우 컸으며 불안정한 슬립 특성을 보였다.
Semisolid forming requires alloys with non-dendritic microstructure of the thixotropy. Recently, low pouring temperture method without stirring, i.e. liquidus casting has been found out new fabrication method of the semisolid metals. Effects of melt superheat and mold conditions on the globulization of primary Al of $AlSi_7Mg$ alloy were investigated in gravity casting process without stirring. The microstructures of primary Al as function of melt superheat and mold temperature show globular, rosette and dendritic shapes. The conditions for globular microstructure of primary Al were low melt superheat < 35 K and low mold temperature < 500 K. The thermal conditions for globular microstructure of primary Al were undercooled melt at early solidification stages and slow cooling < 0.6 K/s. It was found that the initial microstructure was maintained throughout the solidification and the globules of primary Al can be obtained by high nucleation of fine and spherical nuclei due to enhanced undercooling of melt.
Prediction of the product shape in sheet casting process is performed from the numerical simulation. A three-dimensional finite element method is used to investigate the flow behavior and to examine the effects of processing conditions on the sheet produced. Effects of inertia, gravity, surface tension and non-Newtonian viscosity on the thickness profile of the sheet are considered since the edge bead and the flow patterns in the chill roll region have great influence on the quality of the products. In the numerical simulation with free surface flows, the spine method is adopted to update the free surface, and the force-free boundary condition is imposed along the take-up plane to avoid severe singularity problems existing at the take-up plane. From the numerical results of steady isothermal flows of a generalized Newtonian fluid, it is shown that the draw ratio plays a major role in predicting the shape of the final sheet produced and the surface tension has considerable effect on the bead thickness ratio and the bead width fraction, while shear-thinning and/or tension-thickening viscosity affect the degree of neck-in.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제4권2호
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pp.49-56
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2003
As semi-solid forging (SSF) is compared with conventional casting such as gravity die-casting and squeeze casting, the product without inner defects can be obtained from semi-solid forming and globular microstructure as well. Generally, SSF consists of reheating, forging, and ejecting processes. In the reheating process, the materials are heated up to the temperature between the solidus and liquidus line at which the materials exists in the form of liquid-solid mixture. The process variables such as reheating time, reheating temperature, reheating holding time, and induction heating power has large effect on the quality of the reheated billets. It is difficult to consider all the variables at the same time for predicting the quality. In this paper, Taguchi method, regression analysis and neural network were applied to analyze the relationship between processing conditions and solid fraction. A356 alloy was used for the present study, and the learning data were extracted from the reheating experiments. Results by neural network were in good agreement with those by experiment. Polynominal regression analysis was formulated using the test data from neural network. Optimum processing condition was calculated to minimize the grain size and solid fraction standard deviation or to maximize the specimen temperature average. Discussion is given about reheating process of row material and results are presented with regard to accurate process variables fur proper solid fraction, specimen temperature and grain size.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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