Experimental study of vortex flow induced by a vortex well in sand casting

Étude expérimentale de l’écoulement vortex induit par un canal de vortex dans le moule de sable

Department of Manufacturing and Industrial Engineering, Faculty of Mechanical and Manufacturing Engineering, Universiti Tun Hussein Onn Malaysia, Johor, 86400, Malaysia
e-mail: rosle@uthm.edu.my

Received: 10 November 2010
Accepted: 21 July 2011

Abstract

Fluid flow phenomena are very closely related to the casting quality and surface finish of the cast part. In addition, the good quality of the casting product can be achieved by using an optimum gating system design. In this work, a vortex well, which is one of the important components of gating system design, is utilized in order to demonstrate its effectiveness in improving the mechanical and microstructure properties of the cast part. An X-ray radiography test was performed in order to investigate the porosity distribution in castings with different vortex well dimensions. The scatter of flexure strength results was quantified by Weibull statistics. Microstructure analysis was conducted by using a scanning electron microscope (SEM) to examine the microstructure of selected casting specimens produced from the vortex well design. By optimizing the vortex well design, porosity inside the casting was significantly reduced, while the mechanical strength and reliability of aluminum casting were further enhanced.

Résumé

Les phénomènes d’écoulement du métal liquide exercent un impact direct sur la qualité et l’état de surface des pièces coulées en fonderie. De plus, une bonne qualité du produit coulé peut être obtenue par optimisation du design du système de coulée. Dans cette étude, on montre l’effet bénéfique d’un canal de vortex, qui est une partie importante du système de coulée, pour améliorer les propriétés mécaniques et la microstructure de la pièce coulée. Des examens par radiographie de rayons X ont été menés pour étudier la distribution de porosité dans la pièce coulée, en fonction des dimensions du canal de vortex. La dispersion des mesures de résistance à la flexion a été quantifiée au moyen d’une distribution statistique de Weibull. L’analyse microstructurale a été réalisée par microscopie électronique à balayage (MEB); on a examiné la microstructure de différents échantillons coulés, en fonction du design du canal de vortex. L’optimisation du design du canal de vortex a permis simultanément de réduire significativement la porosité interne des pièces d’aluminium coulées, et d’améliorer leur résistance mécanique et leur régularité.