OPTIMIZATION OF QUALITY AND PRODUCTIVITY OF ZINC ALLOY CASTINGS BY USING ADVANCED SIMULATION TECHNIQUES. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (MS THESIS) Final_Submission_CD.pdf - Published Version Download (8MB) | Preview

Arabic Abstract

تعتمد جودة سبك المعادن بشكل رئيسي على تصميم نظام السبك وخواص المادة وعوامل أخرى مختصة بمتغيرات عملية السبك كوقت السكب ودرجة الحرارة وسرعة الملئ. وإذ لم يتم التحكم بهذه العوامل فإن ذلك سينعكس على حصول عيوب سطحية وداخلية في المواد المصبوبة والتي تضعف من جودتها وتماسكها. وجد الباحثون أن معدل الانكماش الحراري للخليط المعدني TEKALOY ZA-I ( معدل من Zamak ) عال نسبيا، وهو ما يجعله معرض لعيوب السبك وبشكل أخص الفجوات الداخلية الناتجة عن الانكماش. يمتلك هذا الخليط المعدني سيولة ضعيفة ، ولذا فإن سبكه يتطلب بذل ضغط عال في حال استخدمت تقنية القوالب للسكب أو تقنية السكب التدويري، ولأجل ذلك فإن استخدام تقنيات المحاكاة المتقدمة لتفادي عيوب السكب ولتصميم أنظمته يعد بديلاً ممتازًا عن التقنيات التقليدية المكلفة والمهدرة للوقت .ومن خلال إعطاء صورة مقاربة جدا لاكتشاف هذه العيوب، يمكن لأدوات محاكاة عملية السبك أن توفر طريقة سهلة وآنية لمراقبة التغيرات في تصميم نظام الصب، وهو ما ينتج عملية صب سليمة. هذه الدراسة استخدمت أداة متقدمة لمحاكاة للسبك ( MAGMA5® ) للحصول على أمثل القيم للمتغيرات للحصول على مسبوك سليم للخليط المعدني TEKALOY ZA-I وبالأبعاد الحرجة ، وذلك من خلال تحسين عملية السبك و متغيرات العملية. استخدمت عمليات السبك الرملي والسبك بقوالب الجص و الطباعة الثلاثية في قوالب السيراميك للتحقق من صلاحية نتائج المحاكاة. إلى جانب ذلك ، استخدمت عملية السبك التدويري للحصول على خصائص المسبوكات بالطريقة الموصى بها. تم تصميم نماذج توقعية للفجوات وقوة الشد للمسبوكات الناتجة من عملية السبك التدويري، إلى جانب دراسة مقارنة لعدد من عمليات السبك التدويري المعتمدة على الجاذبية مع عمليات السبك التدويري باستخدام الضغط أو بدونه للحصول على معلومات نوعية شاملة لكل عمليات السبك المستخدمة.

English Abstract

The quality of metal castings mainly relies on the casting system design, material properties and several casting parameters (pouring time, temperature, and filling velocity). Optimization of these parameters is essential in order to get high-quality cast product. TEKALOY ZA-I (modified Zinc based Zamak alloy) is found to have comparatively higher thermal shrinkage values, making this alloy more susceptible to the thermal defects during casting. Due to relatively lower fluidity, this alloy requires higher external pressures to cast, making it suitable for pressure die casting and spin casting applications. Advanced Simulation techniques are found to be the best alternative as compared to the conventional expensive and time-consuming trial and error methods in the foundries. By providing on the spot, near to actual detection of defects, casting simulation tools provide ease in monitoring and timely changes in the casting system design to get a sound casting. In this study Advanced Casting Simulation tool MAGMA5® has been utilized to have optimum parameters for getting sound TEKALOY ZA-I alloy castings with critical geometry. For validation of simulated results, test parts have been cast by using Sand Casting, Plaster Mold Casting, 3D Z-Printed Ceramic Mold Direct Metal Casting processes. Spin Casting have also been carried out in order to have material properties achieved by recommended practice. Due to absence of computer simulation software for the optimization of spin cast product quality, two predictive models have been developed using Multiple Regression method in order to propose the design solutions. Furthermore, comparative study of gravity casting methods with Spin Casting has been conducted using different material characterization techniques and mechanical tests to get comprehensive qualitative data for all the casting processes utilized. It has been found that the plaster casting and spin casting methods are more suitable for getting high-quality TEKALOY castings, in terms of surface quality, dimensional accuracy, strength, and microstructural integrity.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	KHALIL SHEIKH, ANWAR
Committee Members:	AKHTAR, SYED SOHAIL and PASHAH, SULAMAN
Depositing User:	UZAIR BIN ASIM (g201305130)
Date Deposited:	28 Feb 2016 10:35
Last Modified:	01 Nov 2019 16:32
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139883