Análisis de falla y tiempo de vida de herramentales de fundición de alta presión fabricados por manufactura aditiva
La manufactura aditiva está ganando auge dentro de los procesos de fundición a presión (HPDC), este proceso va tomando delantera en el control de la solidificación de las distintas aleaciones sobre las técnicas comúnmente usadas. La impresión 3D ofrece ventajas sobre la manufactura tradicional al se...
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión aceptada para publicación |
| Fecha de publicación: | 2023 |
| País: | México |
| Institución: | Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología |
| Repositorio: | Repositorio Institucional de CIATEQ |
| Idioma: | español |
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La manufactura aditiva está ganando auge dentro de los procesos de fundición a presión (HPDC), este proceso va tomando delantera en el control de la solidificación de las distintas aleaciones sobre las técnicas comúnmente usadas. La impresión 3D ofrece ventajas sobre la manufactura tradicional al ser capaz de fabricar insertos de enfriamiento que cuentan con complejos canales de refrigeración. Esto se conoce como conformal cooling, esta técnica ofrece al fundidor una técnica avanzada para evitar defectos referentes a la solidificación al fabricar piezas con geometrías complejas. En esta investigación se aborda como principal herramienta el análisis de falla para el incremento de vida de un inserto de conformal cooling fabricado en acero Maraging (18 Ni Marage 300), empleado en el proceso de fundición a presión (HPDC) en una empresa líder en este ramo, que al fallar de manera prematura provoca una serie de defectos que llevan a que la pieza fundida no sea hermética para contener fluidos y esta sea rechazada por el cliente. El estudio aborda la caracterización metalúrgica por análisis metalográfico, microscopia electrónica de barrido y medición de propiedades mecánicas de tres insertos fabricados por manufactura aditiva y con distintos tratamientos térmicos, donde el tratamiento térmico fue determinado como la variable critica para aumentar la cantidad de disparos permitidos por la línea base (4000) e incrementarlo a más de 14000. Este estudio permito demostrar que es posible despreciar las propiedades de impresión 3D y partir de la transformación de la microestructura general del proceso de manufactura aditiva para llevarla a las condiciones necesarias para el incremento de vida. Fue propuesto un tratamiento térmico que llevó las propiedades mecánicas al extremo, es decir, que el inserto resista los esfuerzos de tracción y el impacto propio de la inyección de aluminio. Las propiedades mecánicas reportadas en este estudio son distintas de las recomendadas por asociaciones lideres en el proceso de fundición a presión donde se confía en valores contrarios. |
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La impresión 3D ofrece ventajas sobre la manufactura tradicional al ser capaz de fabricar insertos de enfriamiento que cuentan con complejos canales de refrigeración. Esto se conoce como conformal cooling, esta técnica ofrece al fundidor una técnica avanzada para evitar defectos referentes a la solidificación al fabricar piezas con geometrías complejas. En esta investigación se aborda como principal herramienta el análisis de falla para el incremento de vida de un inserto de conformal cooling fabricado en acero Maraging (18 Ni Marage 300), empleado en el proceso de fundición a presión (HPDC) en una empresa líder en este ramo, que al fallar de manera prematura provoca una serie de defectos que llevan a que la pieza fundida no sea hermética para contener fluidos y esta sea rechazada por el cliente. El estudio aborda la caracterización metalúrgica por análisis metalográfico, microscopia electrónica de barrido y medición de propiedades mecánicas de tres insertos fabricados por manufactura aditiva y con distintos tratamientos térmicos, donde el tratamiento térmico fue determinado como la variable critica para aumentar la cantidad de disparos permitidos por la línea base (4000) e incrementarlo a más de 14000. Este estudio permito demostrar que es posible despreciar las propiedades de impresión 3D y partir de la transformación de la microestructura general del proceso de manufactura aditiva para llevarla a las condiciones necesarias para el incremento de vida. Fue propuesto un tratamiento térmico que llevó las propiedades mecánicas al extremo, es decir, que el inserto resista los esfuerzos de tracción y el impacto propio de la inyección de aluminio. Las propiedades mecánicas reportadas en este estudio son distintas de las recomendadas por asociaciones lideres en el proceso de fundición a presión donde se confía en valores contrarios.Additive manufacturing is gaining momentum within the die casting processes (HPDC), this process is taking the lead in controlling the solidification of the different alloys over the commonly used techniques. 3D printing offers advantages over traditional manufacturing by being able to make cooling inserts that have complex cooling channels. This is known as conformal cooling; this technique offers the caster an advanced technique to avoid defects related to solidification when manufacturing parts with complex geometries. In this investigation, the failure analysis is the main tool to increase the shot life of a conformal cooling insert made of Maraging steel (18 Ni Marage 300), used in the High pressure die casting process (HPDC) in a leading company. This insert when it fails prematurely, causes a series of defects that lead to the casting not being hermetic to contain fluids and being rejected by the customer. The study addresses the metallurgical characterization by metallographic analysis, scanning electron microscopy and measurement of mechanical properties for three inserts manufactured by additive manufacturing and with different heat treatments, where heat treatment was determined as the critical variable to increase the number of shots allowed by the baseline (4000) and increase it to more than 14000. This study allowed us to demonstrate that it is possible to neglect the properties of 3D printing and start from the general microstructure transformation in the additive manufacturing process to bring it to the necessary conditions for the life increase. A heat treatment was proposed to make the mechanical properties to the top values. This mean, the insert will resist the tensile stresses and the aluminum injection impact. The mechanical properties reported in this study are different from those recommended by leading associations in the die casting process where contrary values are relied on.CIATEQ, A.C.Raúl Pérez BustamanteJOSE ANTONIO BETANCOURT CANTERA2023info:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionapplication/pdfhttp://ciateq.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1020/655reponame:Repositorio Institucional de CIATEQinstname:Centro de Investigación y Asistencia en Tecnologíainstacron:CIATEQspainfo:eu-repo/semantics/openAccesshttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0oai:ciateq.repositorioinstitucional.mx:1020/6552024-09-18T21:48:01Z |
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