Description of component distortion in aluminum gravity die casting as a result of hindered shrinkage and evaluation of numerical predictions

• Published in: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik Vol. 55; no. 1; pp. 33 - 39
• Main Authors: Wolff, N., Gor, S., Vroomen, U., Bührig‐Polaczek, A.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Weinheim Wiley Subscription Services, Inc 01-01-2024
• Subjects: Ambient temperature; Deviation; Die forming; Distortion; Numerical prediction; Permanent mold casting; Permanent molds; Shrinkage; Solidification; Solidus
• ISSN: 0933-5137; 1521-4052
• DOI: 10.1002/mawe.202300133

Abstract
Deviation from the nominal dimension in the sense of component distortion is a quality‐reducing phenomenon in the foundry. This distortion problem as a result of impeded solidification and cooling shrinkage is of particular importance for permanent mold casting with its mechanically stiff and thermally well‐conducting molds. In studies, the temperature when the mold constraint is removed has already been identified as one of the dominant factors influencing the dimensional deviations of the casting. So far, however, no clear dependencies have been described. In the present work, the temperature up to the removal of the mold constraint is varied from near solidus to ambient temperature on a specially designed permanent mold casting made of AlSi7Mg0.3. This is compared with thermally and mechanically coupled finite elements method calculations of the investigated test geometry and the resulting component distortions. Finally, the applicability of the distortion prediction for the development of compensation strategies is evaluated.
Translation abstract
Bauteilverzug, aufgefasst als eine Abweichung vom Sollmaß, ist ein qualitätsminderndes Merkmal im Formguss. Dieses Phänomen als Folge der behinderten Erstarrungs‐ und Kühlschwindung ist für den Kokillenguss mit seinen thermisch gut leitenden und mechanisch steifen Formen von besonderer Bedeutung. In Untersuchungen wurde die Gussteiltemperatur bei der Aufhebung des Formzwanges bereits als ein vorherrschender Einflussfaktor auf den Verzug identifiziert. Jedoch wurden keine eindeutigen Abhängigkeiten herausgearbeitet. Für die vorliegende Arbeit wird an einem speziell für die Untersuchungen ausgelegten Gussteil aus AlSi7Mg0,3 die Temperatur der Aufhebung des Formzwanges von nahe der Solidus‐ bis zur Umgebungstemperatur variiert. Dies wird mit thermisch und mechanisch gekoppelten Finite‐Elemente‐Methode‐Berechnungen der untersuchten Prüfgeometrie und den daraus resultierenden Bauteilverzügen verglichen. Abschließend wird die Anwendbarkeit dieser numerischen Verzugsvorhersage als Grundlage für die Entwicklung von Kompensationsstrategien bewertet.