تحلیل تنش‌های حرارتی در یک قالب ریخته‌‌گری تحت فشار آلومینیوم

در این پژوهش توزیع تنش‌‌های ناشی از تزریق آلومینیوم مذاب طی فرآیند ریخته‌‌گری تحت فشار در یک قالب فولادی گرم‌‌کار بررسی می‌‌شود. با توجه به تقارن چرخشی موجود در هندسه قالب، مدل یک هفتم مساله تحت شرایط کرنش صفحه‌‌ای به کمک روش اجزای محدود شبیه‌‌سازی می‌‌گردد. در اینجا فرض می‌‌شود تغییرات دما بر روی مرزهای درگیر با مذاب از الگوی هموار پیروی می‌‌کند و مرز بیرونی قالب در حال تبادل حرارت جابجایی با محیط اطراف است. نتایج تحقیق اخیر دارای همخوانی مناسبی با نتایج تحلیلی موجود تحت شرایط مرزی خاص می‌‌باشد. تحلیل حساسیت مساله به ازای دمای پیش‌‌گرم قالب، هندسه گوشه‌‌های شیار تزریق و پوشش‌‌های محافظ حرارتی مورد بررسی قرار می‌‌گیرند. نتایج حاکی از آن است که پیش‌‌گرم‌کردن قالب قبل از تزریق، نقش بسزایی در کاهش سطح تنش کل مجموعه ایفا می‌‌کند. همچنین با افزایش شعاع انحنای گوشه‌‌های شیار تزریق، ماکزیمم تنش ون‌‌میسز در نقاط مستعد رشد ترک حداقل 25% کاهش خواهد یافت. کاربرد پوشش‌‌های محافظ کروم سخت و نیترید سیلیکون به طور چشمگیری مقاومت قالب در برابر شوک‌‌های حرارتی را ارتقاء می‌‌دهد به نحوی که استفاده از یک پوشش کروم سخت با ضخامت 0.1 میلی‌‌متر می‌‌تواند تا 49% مقدار ماکزیمم تنش ون‌‌میسز را نسبت به نمونه بدون پوشش کاهش دهد.علاوه بر این، مقدار ماکزیمم تنش ون‌‌میسز برای پوشش تابعی مدرج حدود %70 کمتر از نمونه بدون پوشش است.

thermal stress analysis for an aluminum die cast die

in this study, the thermo-elastic behavior of an aluminum die cast die during the casting process is analyzed. the cyclic symmetry nature of the die geometry offers a simplified reduced model for the finite element simulation. it is assumed that the temperature distribution on the molten metal affected boundaries follows a smooth function variation while the free surfaces of the die experience a convection heat transfer type. considering a particular boundary condition, the results of the current study conform to the available analytical solutions. a detailed sensitivity analysis is conducted to highlight the effects of die preheat, groove corner radius of curvature and the thermal barrier coatings. the results indicate that the die preheating before the casting process can significantly decrease the stress level within the system. also, an increase in the radius of curvature for the groove corners may result in a 25% reduction of the von mises stress around these crack susceptible zones. application of hard chromium or a silicon nitride thermal barrier coating considerably increases the thermal shock strength of the die such that a 0.1mm thick hard chromium coating can decrease the maximum von mises stress about 49% with respect to the non-coated specimen. especially for a functionally graded coating type, the reduction in maximum von mises stress is around 70% compared to the non-coated specimen.