Estudio numérico y experimental de los procesos de fundición a presiónmecanismos de formación de porosidad durante el llenado del molde

Résumé

La presente tesis doctoral se centra en el estudio del llenado del molde bajo condiciones de operación típicas de procesos de fundición por inyección a baja y media presión. En el estudio, que se lleva a cabo tanto numérica como experimentalmente, se analizan los principales patrones de flujo que pueden presentarse durante los primeros instantes del llenado del molde y su influencia en la ingestión de aire para un amplio rango de velocidades de inyección y diferentes configuraciones del sistema de evacuación de aire. El flujo de metal fundido durante el llenado del molde se analiza mediante un modelo CFD bidimensional basado en el código comercial de diferencias finitas Flow3D. Las principales características del flujo de líquido en los primeros instantes del llenado de un molde con cavidad principal rectangular se analizan para diferentes condiciones de operación, clasificando los distintos patrones de llenado que se pueden producir en función de los números de Reynolds y Froude. Los resultados numéricos del perfil de la superficie libre y la influencia del sistema de evacuación de vientos son evaluados mediante experimentos de visualización del llenado del molde en un banco de ensayos utilizando agua como fluido de trabajo. La cantidad de aire evacuada a través de los vientos se calcula mediante un modelo adiabático transitorio en el que el aire se considera un gas perfecto y el flujo se supone unidimensional. Los resultados de este estudio permiten obtener valores límite de las condiciones de operación en las que se producen cambios importantes en los patrones de flujo y por tanto en los mecanismos de atrapamiento de aire que pueden tener lugar durante el llenado del molde. La parte experimental del llenado del molde se completa con un estudio de la porosidad presente en piezas fabricadas con una aleación de aluminio, bajo condiciones reales de operación, utilizando una máquina de fundición por inyección a presión con cámara fría horizontal. La cantidad de aire atrapado en las piezas fabricadas se evalúa utilizando la técnica de fusión al vacío, mientras que el nivel de porosidad presente en las piezas se determina mediante inspección por rayos X y ultrasonidos. Para la aplicación de estas técnicas se ha diseñado y construido un horno de fusión al vacío, y se han desarrollo los correspondientes procedimientos de medida. Finalmente, se discuten las posibilidades y limitaciones de los modelos numéricos como herramientas de predicción útiles para seleccionar las condiciones de operación y ubicación de vientos que reduzcan la cantidad de aire atrapado en el proceso, y se evalúan las limitaciones que presentan las técnicas de rayos X y ultrasonidos para el estudio de los mecanismos de atrapamiento de aire. http://repositorio.bib.upct.es/dspace/