Basınçlı döküm yönteminde Al-Si (A413) alaşımının termal ve dinamik parametrelere bağlı olarak ara yüzey ısı transfer katsayısının deneysel ve teorik incelenmesi
Experimental and theoretical investigation of interface heat trasnfer coefficient of Al ? Si (A413) alloy depending on thermal and dynamic parameters at die casting process
Yazar: MURAT KORU
Danışman: PROF. DR. OSMAN İPEK
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Arayüz temassızlık direnci = Interfacial contact resistance ; Basınçlı döküm = Pressure die casting ; Isı geçişi katsayısı = Heat transfer coefficient ; Sonlu farklar yöntemi = Finite differences method ; Sıcaklık dağılımı = Temperature distribution

Özet:
Basınçlı döküm metodunda, döküm-kalıp ara yüzey ısı transfer katsayısının belirlenmesi döküm parçasının kalitesi için oldukça önemlidir. Döküm-kalıp ara yüzey ısı transfer katsayısı, kalıp sıcaklığına, döküm sıcaklığına, enjeksiyon basıncına, enjeksiyon hızına, kalıp yüzey pürüzlülüğüne, kalıp tasarımına, alaşım türüne bağlı olarak değişim göstermektedir. Bu çalışmada, A413 Al ? Si alaşımının basınçlı döküm prosesi esnasında döküm-kalıp ara yüzey ısı transfer katsayısı, döküm ve kalıptaki sıcaklık dağılımı ve ısı akısı; farklı kalıp sıcaklığı, döküm sıcaklığı, enjeksiyon basıncı ve enjeksiyon hızlarında belirlenmiştir. Kalıp ve döküm malzemesine yerleştirilen 24 adet termokupl ile sıcaklıklar zamana bağlı olarak ölçülmüştür. Döküm-kalıp ara yüzey ısı transfer katsayısı ve ısı akısı, deneysel olarak ölçülen sıcaklıkları kullanan FORTRAN programlama dilinde yazılmış sonlu farklar metodu (FDM) ile hesaplanmıştır. Aynı zamanda, basınçlı döküm makinesinin dinamik parametreleri (enjeksiyon basıncı ve hızı) zamanın fonksiyonu olarak dinamik parametre ölçüm cihazı (hidroliskop) ile kaydedilmiştir. Deneyler enjeksiyon 1. faz hızına (%33 ? 66 ? 99 ), 2. faz hızına (%33 ? 66 ? 99), enjeksiyon 3. faz basıncına (114 ? 140 ? 170 ? 200 bar), alaşım döküm sıcaklığına (800 ? 700 ? 600 oC), kalıp başlangıç sıcaklığına (210 ? 260 ? 317 oC) bağlı olarak tekrarlanmıştır. Sonuç olarak; ara yüzey ısı transfer katsayısı, sıcaklık dağılımı ve ısı akısı zamanın bir fonksiyonu olarak belirlenmiştir. Kalıp sıcaklığının artması ile ara yüzey ısı transfer katsayısı ve ısı akısı değerlerinin azaldığı görülmüştür. Döküm sıcaklığının artması ile döküm kalıp ara yüzey ısı transfer katsayısı ve ısı akısı kalıp sıcaklığına göre daha sınırlı değerde azalmıştır. Enjeksiyon basıncı ve enjeksiyon hızı ile ara yüzey ısı transfer katsayısı ve ısı akısı sınırlı değerlerde artmıştır.

Abstract:
Determining the interfacial heat transfer coefficient is important for casting part quality in the die casting method. Interfacial heat transfer coefficient is depend on mould temperature, casting temperature, injection pressure, mould surface roughness, design of the mould and alloy composition. In this study, the interfacial heat transfer coefficient, mold and casting temperature gradient and heat flux occurred with the die casting process for A413 (Al ? Si) alloy are determined for various mould temperature, various casting temperature and various injection pressure and velocities. The temperatures were measured via using twenty-four thermocouples connected with the mould and casting. Interfacial heat transfer coefficient and heat flux are calculated with finite different method based on FORTRAN language and then this program uses experimental temperature results. In the same time, dynamical parameters of die casting machine (HPDC) as a function of time are recorded with dynamic parameter measurement device. The experiments were repeated with the parameters of first stage velocity (33%, 66%, 99%), second stage velocity (33%, 66%, 99%), third stage pressure (114 ? 140 ? 170 ? 200 bar), alloy temperature obtained in the melting oven (800 ? 700 ? 600 oC) and mould starting temperature (210 ? 260 ? 317 oC). As a result, interfacial heat transfer coefficient, temperature distribution and heat flux are determined as a function of time. The interfacial heat transfer coefficient and the heat flux decreased with the increasing mould starting temperature. With the increasing casting temperature, limited decreasing was observed for the interfacial heat transfer coefficient and heat flux. The increasing interfacial heat transfer coefficient with increasing of injection pressure value is observed in this experimental study.