Estudo de sistemas de gitagem para fundição em areia de ligas de alumínio

Abstract

Atualmente, a utilização de softwares de simulação numérica como ferramenta de apoio ao Projeto de Fundição já é uma prática muito difundida na Indústria da Fundição. No entanto, muitas vezes não é dada a devida importância às bases teóricas que fornecem os inputs de simulação. O objetivo principal deste trabalho consiste em estudar o dimensionamento do sistema de gitagem para Fundição por Gravidade de Ligas de Alumínio. Pretende-se avaliar parâmetros geométricos do sistema de gitagem, com auxílio do software de simulação QuikCAST, de modo a verificar o desempenho de diferentes configurações para cada elemento do sistema de gitagem. A metodologia de trabalho adotada consistiu na confrontação dos resultados esperados para cada configuração testada, baseados na teoria, com os resultados de simulação. O estudo dos diferentes sistemas de gitagem simulados tem como objetivo mitigar problemas relacionados com o enchimento, pelo que foram analisados os resultados pertinentes na etapa de enchimento, nomeadamente, a velocidade do metal (com vetores de velocidade), padrão de enchimento, pressão do gás, risco de enchimento e arrastamento de ar. De modo a validar a metodologia desenvolvida, selecionou-se uma peça real, a ser produzida pela empresa FABCAST. Efetuou-se uma análise inicial à peça obtida com o sistema utilizado na empresa e, de seguida, propôs-se um sistema de gitagem com alguns dos elementos testados no estudo inicial, nomeadamente, bacia com offset, canal de descida inclinado, curva entre canal de descida e canal de distribuição (ao invés do poço tradicional) e ataques ao nível superior do canal de distribuição, com ângulo de 45° (relativamente ao canal de distribuição), na direção de escoamento do metal líquido. Foi necessário realizar várias iterações até se atingir resultados aceitáveis, uma vez que este processo evidenciou um problema no dimensionamento do sistema de canais de gitagem, como por exemplo a não consideração dos diferentes fatores de perda de carga em zonas distintas do sistema. Finalmente, construiu-se o molde do sistema apresentado, de forma a realizar um vazamento experimental e comparar os resultados numéricos com a peça real. No vazamento o tempo de enchimento foi de 58 s, pelo que, o tempo de enchimento simulado (45 s) tem associado um erro de 24%. Os resultados numéricos apresentados foram comparados com a peça real obtida, que foi analisada por imagem de radioscopia. A existência de experimentos reais auxilia na definição de melhores parâmetros de análise nas simulações, o que evidencia a importância de validar a simulação com dados reais, assim como o pensamento crítico na análise de resultados, de modo a filtrar e priorizar aqueles mais relevantes em função do objetivo pretendido.

The use of numerical simulation software as a tool to support casting design is now widespread in the foundry industry. However, the theoretical bases that provide the simulation inputs are often not given due importance. The main objective of this work is to study the sizing of the gating system for Aluminium Alloy Gravity Casting. The aim is to evaluate the geometric parameters of the casting system, using the QuikCAST simulation software, in order to verify the performance of different configurations for each element of the casting system. The methodology adopted consisted of comparing the expected results for each configuration tested, based on theory, with the simulation results. The study of the different simulated gating systems aims to mitigate problems related to filling, so the relevant results from the filling stage were analysed, namely metal velocity (with velocity vectors), filling pattern, gas pressure, misrun and air entrainment. To validate the methodology developed, a real part was selected to be produced by the FABCAST company. An initial analysis was carried out on the part obtained with the system used in the company, and then a gating system was proposed with some of the elements tested in the initial study, including the offset basin, inclined sprue, curve between the sprue and the runner (instead of the traditional well) and in-gates along the top of the runner angled at 45° (relative to the runner) in the direction of the metal flow. It was necessary to carry out several iterations until acceptable results were achieved, since this process exposed a problem in the dimensioning of the gating system: not considering different loss factors in different zones of the system. Finally, the mould of the system presented was built to carry out an experimental pour and then compare the numerical results with the real piece. When pouring, the filling time was 58 s, so the simulation filling time (45 s) is associated with an error of 24%. The numerical results presented were compared with the real part obtained, which was analysed using radioscopic imaging. The existence of real experiments helps to define the best analysis parameters in the simulations, which highlights the importance of validating the simulation with real data, as well as critical thinking when analysing the results, in order to filter and prioritise those that are most relevant to the intended goal.