Ontwerp van poortsysteem | Gieten | Productiewetenschap

Het volgende artikel zal u helpen bij het ontwerpen van een poortsysteem dat wordt gebruikt bij het gieten van metaal.

Bij verticaal gaten wordt het vloeibare metaal verticaal gegoten om de mal aan de basis met atmosferische druk te vullen. Bij bottom-gating daarentegen wordt het vloeibare metaal van onder naar boven in de mal gevuld, waardoor het spatten en de oxidatie die gepaard gaan met verticale gating worden vermeden. Figuur 2.6 toont een eenvoudige verticale poort en een ontwerp met een onderste poort. In het horizontale poortsysteem worden extra horizontale delen geïntroduceerd voor een betere verdeling van het vloeibare metaal met minimale turbulentie.

Eenvoudige berekeningen gebaseerd op principes van vloeistofstroom kunnen leiden tot een schatting van de tijd die nodig is om een ​​mal te vullen. We zullen dit illustreren voor de twee ontwerpen in figuur 2.6. De geïntegreerde energiebalansvergelijking op basis van massastroom per eenheid, beter bekend als de vergelijking van Bernoulli, zal worden gebruikt. Bijvoorbeeld:in Fig. 2.6a wordt aangenomen dat de druk op de punten 1 en 3 gelijk is (d.w.z. p₁ =p₃ ) en dat niveau 1 constant wordt gehouden. Dus de snelheid op station 1 (v₁ ) nul. Bovendien worden de wrijvingsverliezen verwaarloosd. Dan geeft de energiebalansvergelijking tussen de punten 1 en 3 –

Vergelijking (2.7) geeft de snelheid van een straal die ontlaadt tegen een statische kop h, waardoor de effectieve kop als (h_t -H). laat nu, voor het getoonde moment, het metaalniveau in de mal een hoogte dh omhoog bewegen in een tijdsinterval dt, A_m en A_g zijn de dwarsdoorsneden van respectievelijk de mal en de poort. Dan,

Aspiratie-effect:

Voor een mal gemaakt van een doorlatend materiaal (bijv. zand), moet ervoor worden gezorgd dat de druk overal in de vloeibare metaalstroom niet onder de atmosferische druk daalt. Anders zullen de gassen die afkomstig zijn van het bakken van de organische verbindingen in de mal in de stroom gesmolten metaal komen, waardoor poreuze gietstukken ontstaan. Dit staat bekend als het aspiratie-effect.

Verwijzend naar Fig. 2.6a en door Bernoulli's vergelijking tussen punten 2 en 3 toe te passen, verkrijgen we –

Een andere situatie waarin het aspiratie-effect in beeld komt, wordt geassocieerd met een plotselinge verandering in de stroomrichting. Zoals weergegeven in figuur 2.9a, trekt de stroom vloeibaar metaal samen rond een scherpe hoek als gevolg van het momentumeffect. Bij verticale poorten heeft dit niets te maken met versnelling door zwaartekracht.

Het vernauwde gebied dat wordt getoond bij station 2 in Fig. 2.9a staat bekend als vena contracta. Om het ontstaan ​​van vacuüm rond station 2 te voorkomen, wordt de mal gemaakt om in de vena contracta te passen, zoals gedaan in Fig. 2.9b. Met andere woorden, een scherpe verandering in de stroomrichting wordt vermeden. Als de loperdiameter d is en de diameter bij de ingang d’, dan wordt d’/d normaal gesproken gehandhaafd op een waarde die ongeveer gelijk is aan 1,3. Dit betekent r ≈ 0,15d.

De gebruikelijke items die worden gebruikt in een poortontwerp om onzuiverheden in het gietstuk te voorkomen, zijn als volgt (zie ook Fig. 2.10):

(i) Gietbekken:

Dit vermindert de eroderende kracht van de stroom vloeibaar metaal die rechtstreeks uit de oven komt. Een constante opgietkop kan ook worden gehandhaafd door gebruik te maken van een schenkbak.

(ii) Zeef:

Een keramische zeef in de sprue verwijdert slakken.

(iii) Splash-kern:

Een keramische spatkern aan het einde van de sprue vermindert ook de eroderende kracht van de vloeibare metaalstroom.

(iv) Skim Bob:

Het is een val die in een horizontale poort wordt geplaatst om te voorkomen dat zwaardere en lichtere onzuiverheden in de mal komen.

Effecten van wrijving en snelheidsverdeling:

De snelheid van een vloeibaar metaal in de spruw en de poort is uniform over de dwarsdoorsnede. In feite is de snelheid van een vloeistof in contact met een vast oppervlak nul en is maximaal bij de as van de leiding.

De snelheidsverdeling binnen de leiding hangt af van de vorm van de leiding en de aard van de stroming (d.w.z. turbulent of laminair). Verder zijn we in onze discussie tot nu toe ook uitgegaan van geen wrijvingsverliezen.

In echte vloeistoffen zijn de wrijvingsverliezen altijd aanwezig, vooral bij een plotselinge samentrekking in of een vergroting van de stromingsdwarsdoorsneden. In de discussie die volgt, zullen we, in het licht van deze twee factoren, d.w.z. snelheidsverdeling en wrijving, de vergelijkingen wijzigen die we al hebben ontwikkeld.