Análisis computarizado del proceso de fundición y selección de materiales para el diseño del nuevo marco plenum Gulfstream V. Análisis computarizado del proceso de fundición y selección de materiales para el diseño del nuevo plenum Gulfstream V.
Introducción
La Figura 4 muestra el diagrama del proceso de fabricación actual del producto plenum, el cual consta de 19 etapas que se explican a continuación. Como se muestra en azul en la imagen (configuración 1), se aplica una película protectora perforada conocida como Wrightlon 5200B.
Antecedentes
Sin embargo, esta opción fue rechazada porque un pleno de aluminio es más pesado que un conjunto compuesto. Sin embargo, se han desarrollado otras nuevas propuestas de diseño que cumplen con los requisitos.
Justificación General
Sin embargo, no ha sido posible eliminar el tiempo de reprocesamiento en el plenum Gulfstream V ya que todavía están defectuosos. Por otro lado, al poder identificar el material y diseño adecuado para este tipo de plenum con una configuración diferente a la existente en el mercado aeroespacial, es posible solicitar una patente.
Planteamiento del Problema
Por tanto, cualquier retrabajo en la producción de un componente supone una reducción de dicho rendimiento. Como se mencionó en la sección de antecedentes, este proyecto lo inició en 2015 otro grupo de Honeywell.
Descripción del Proyecto Global
Se realizará una validación de los procesos de análisis de elementos finitos, simulación del proceso de fabricación, análisis de materiales, análisis CFD y cálculo de costos para garantizar que cumpla con los requisitos de desempeño requeridos por el sistema de control ambiental. Análisis de Fundición [Casting]: En este proceso se planea definir la factibilidad y optimizar el proceso de fundición para la fabricación del truss plenum Gulfstream V.
Preguntas de Investigación
¿Cuál es el mejor proceso de fundición para el diseño del pleno Gulfstream V propuesto? ¿Cuáles son las ventajas y mejoras que aporta la simulación por computadora al nuevo proceso de fabricación del pleno Gulfstream V?
Justificación Especifica
Cómo garantizar que la simulación de fundición para plantillas de rejilla plenum sea factible y eficiente.
Objetivo General de Investigación
Definir el proceso de fundición más adecuado para el diseño propuesto del plenum Gulfstream V. Determine los beneficios y mejoras que aporta la simulación por computadora al nuevo proceso de fabricación de plenum V de Gulfstream.
Planteamiento de Hipótesis
Marco Teórico
Conceptos
- Diseño y Selección de Materiales
- Propiedades Físicas de los materiales
- Propiedades Mecánicas de los materiales
- Esfuerzo de Deformación (Yield Strength)
- Resistencia a la Tensión (Tensile Strength)
- Dimensiones y Tolerancias
- Corrosión Galvánica
- Metales Ferrosos
- Aceros
- Metales No Ferrosos
- El Aluminio y sus Aleaciones
- Fundamentos de la Fundición de Metales
- Fundición Centrifuga
- Fundición por Revestimiento (Investment Casting)
- Fundición en arena
- Porosidad Gaseosa
- Cierre en fríos (Cold Shuts)
28 A la derecha de la resistencia a la tracción (diagrama 3) la deformación comienza a disminuir y es común que la probeta comience un proceso de elongación localizado conocido como constricción. Las dimensiones son los tamaños lineales o angulares de un componente, especificados en el dibujo de la pieza. El metal con menor potencial (llamado ánodo o metal noble) se corroe, mientras que el material con mayor potencial (llamado cátodo o metal más noble) queda protegido de la corrosión.
La fundición es un proceso en el que el metal fundido fluye por gravedad u otra fuerza hacia un molde donde se solidifica y adopta la forma de la cavidad del molde. La fundición centrífuga se refiere a varios métodos de fundición en los que el molde gira a alta velocidad para que la fuerza centrífuga distribuya el metal fundido a las regiones exteriores de la cavidad de la matriz (Hasegawa, 2004). La fundición en arena es, con diferencia, el proceso más utilizado y representa la mayor parte del peso total de las piezas fundidas.
Teoremas y Leyes
- Teorema de Bernoulli
- Ley de Continuidad
- Ecuaciones de Navier-Stoke
Si se utiliza el punto 2 como plano de referencia, la altura piezométrica allí es cero (ℎ2 = 0) y ℎ1 es la altura (longitud) de la entrada. El caudal volumétrico es igual a la velocidad multiplicada por el área de la sección transversal del fluido que fluye (Groover, 2007). Donde Q= caudal volumétrico; v= velocidad; A=área de la sección transversal del líquido; y los subíndices se refieren a dos puntos cualesquiera del sistema eléctrico.
Si se supone que el espacio que va desde la base del bebedero hasta la cavidad del molde es horizontal (y por lo tanto la altura piezométrica h es la misma que la base del bebedero), entonces el flujo volumétrico a través del paso hacia la cavidad del molde permanece igual a v*A. El tiempo de llenado del molde calculado a partir de la ecuación 7 debe considerarse un tiempo mínimo. Las ecuaciones son una extensión de las ecuaciones de Euler e incluyen los efectos de la viscosidad en el fluido (NASA, 2015). Las ecuaciones de Navier-Stokes son el resultado de aplicar la conservación del momento lineal a un volumen de control diferencial en cada dirección del sistema de coordenadas elegido. .
Casos de Estudio
- Simulación de Fundición: 100NB Flange
- Simulación de Fundición: 32 NB Swivel Flange
- Simulación de Fundición: 32 Pistol Budy
- Selección de Material: “Long-Term Energy Storage”
- Selección de Material: “Low Temperature PCM – Building Application”
Gracias a estos estudios fue posible identificar posibles defectos en la fundición deseada al utilizar diferentes tamaños y formas de puertas. La figura 21b muestra que en la región del 50%, los componentes ubicados en la parte inferior comienzan a solidificarse, lo que significa que la temperatura ha bajado drásticamente. Estos resultados indican que la porosidad está presente en cada uno de los componentes y que el volumen de porosidad en la parte inferior es mayor que el de la parte superior.
En la primera iteración, se colocaron 8 piezas de "Cuerpo de pistola" en el árbol de fundición, la temperatura de fundición seleccionada fue 1550 °C y el tiempo de fundición 22 s. Por lo tanto, el autor decide realizar otra iteración en la que cambia la temperatura de fundición a 1600 °C. Concluyeron que los mejores materiales para este sistema se pueden encontrar en la parte superior del cuadro, que son cera de parafina orgánica, ácidos grasos y algunas sales hidratadas.
Metodología
Metodología General
Procedimiento
Las propiedades mecánicas de los materiales se obtendrán identificando las fuerzas máximas obtenidas del estudio de análisis estructural, teniendo en cuenta todas las fuerzas y momentos generadores de fuerzas en el plenum. Dentro de este software, el objetivo es aplicar límites de valores a las diversas propiedades físicas, mecánicas, térmicas y otras características de los materiales, con el fin de eliminar los materiales que no cumplen con las características y propiedades establecidas. Se utilizará la base de datos de materiales de Honeywell, además de la base de datos del software CES, para obtener todas las características posibles de los materiales seleccionados.
Definición de información necesaria: Esta actividad tiene como objetivo identificar y luego definir la información necesaria para poder realizar una simulación por ordenador del proceso de fundición. Determinación del proceso de fundición: Esta actividad busca encontrar el proceso de fundición más adecuado a las características de los nuevos diseños de plenum obtenidos de las áreas de investigación de diseño, además de encontrar el proceso más adecuado para la empresa Honeywell. Se utilizarán los datos recopilados en Honeywell sobre el proceso actual, además de la información investigada de proveedores y en bibliografías sobre el proceso de fundición propuesto.
Planeación
- Entregables
- Cronograma
- Recursos
56 Definición de propiedades térmicas de los materiales: esta actividad tiene como entregable el valor mínimo de la temperatura máxima de servicio requerida para el nuevo material. Definición de propiedades físicas de materiales: esta actividad tiene como entregable el rango de límites para la densidad requerida del nuevo material. Selección detallada de materiales: esta actividad proporcionará una lista de hasta 6 posibles materiales adecuados para la fabricación del nuevo diseño del pleno.
Esta actividad tiene como entregables todas las variables definidas necesarias para realizar una simulación por computadora del proceso de fundición utilizando el software Inspire Cast. El resultado de esta actividad es la definición del método de fundición, que se utilizará para realizar simulaciones por ordenador de la fundición en ambos planos del plenum. El resultado de esta actividad es un resumen con el análisis de los resultados obtenidos en las simulaciones realizadas en la actividad anterior.
Resultados
Resultados selección de materiales
Como se puede observar en la Tabla 2, el valor máximo dentro del Análisis B es 5,78 ksi. El gráfico 11 muestra las temperaturas máximas alcanzadas en el pleno para cada uno de los diferentes casos de prueba. El peso máximo del blindaje y el valor de densidad de ambos diseños se muestran en la Tabla 8.
Gráfico comparativo de los diferentes materiales disponibles una vez aplicados los filtros enumerados en la Tabla 4.71 En el nuevo gráfico obtenido se observan 168 materiales, correspondientes al 4,26% de los materiales originales. La primera actividad fue diseñada para comparar los materiales seleccionados de la tercera fase con el material utilizado actualmente en la producción del plenum Gulfstream V.
Resultados determinación de proceso de fundición
El tipo de fundición a elegir se elegirá en la segunda actividad de la Fase 2 de este bloque 2. Los modelos resultantes para la simulación informática de la fundición se muestran en la Figura 33. En la segunda actividad, el objetivo fue elegir el proceso de fundición más viable para Honeywell y el desarrollo de este proyecto.
83 La primera actividad intentó realizar una simulación por computadora del proceso de fundición para la creación de ambos diseños propuestos. Colocación del elevador para optimizar la simulación del proceso de fundición para el diseño 1. La primera actividad intentó definir y enumerar los beneficios de realizar una simulación por computadora del proceso de fundición.
Conclusiones y Recomendaciones
- Conclusiones
- Recomendaciones
- Líneas de Investigación Futuras
- Conclusión del Proyecto Global
El propósito de este Bloque 2 fue determinar un proceso de fabricación viable y eficiente mediante moldeo para el modelo 3D propuesto del carenado plenum Gulfstream V. 94 En la segunda fase se definió el proceso de moldeo más conveniente para el diseño. Armazón plenum Gulfstream V. En la cuarta fase se determinaron los beneficios y mejoras que aporta la simulación por computadora al nuevo proceso de fabricación del plenum Gulfstream V.
La primera parte muestra los resultados del factor de seguridad de la estructura en resistencia última (Martínez, 2019), el peso total del Diseño 1 (Dávila, 2019) y Diseño 2 (Lizárraga, 2019), los costos de cada diseño según el procesos de fabricación (Romero, 2019) y la funcionalidad del Análisis Computacional de Fluidos (Romero, 2019). Se cumple Desarrollar una propuesta de diseño para el plenum Gulfstream V que cumpla con los requisitos de peso y funcionalidad y permita reducir el costo del proceso de fabricación. Dado que se redujo el peso del diseño original, cumple con los requisitos de funcionalidad y permitió reducir el costo del proceso de fabricación.