Проектирование стробирующей системы | Кастинг | Производство

В следующей статье рассказывается, как спроектировать литниковую систему, используемую при литье металла.

Дизайн стробирующей системы:

Конструкция литниковой системы зависит как от металла, так и от состава пресс-формы. Например, необходима продуманная конструкция затвора, чтобы избежать образования окалины (например, оксидов) в легко окисляемых металлах с низкой температурой плавления, таких как алюминий.

Однако для чугуна выбирается короткий путь для жидкого металла, чтобы избежать высокой температуры разливки. Конструкция ворот для керамической формы сильно отличается от той, которая обычно используется для проницаемой песчаной формы. В целом конструкции стробирования можно разделить на три категории, а именно:(i) вертикальный строб, (ii) нижний строб и (iii) горизонтальный строб.

При вертикальном затворе жидкий металл заливается вертикально, чтобы заполнить форму с атмосферным давлением у основания. С другой стороны, при нижнем затворе жидкий металл заполняется в кристаллизатор снизу вверх, что позволяет избежать разбрызгивания и окисления, связанных с вертикальным затвором. Рисунок 2.6 показывает простой вертикальный затвор и конструкцию нижнего затвора. В горизонтальной литниковой системе вводятся дополнительные горизонтальные участки для лучшего распределения жидкого металла с минимальной турбулентностью.

Простые вычисления, основанные на принципах потока жидкости, могут привести к оценке времени, необходимого для заполнения формы. Мы проиллюстрируем это на двух схемах на рис. 2.6. Будет использоваться интегрированное уравнение баланса энергии на основе расхода на единицу массы, более известное как уравнение Бернулли. Например, на рис. 2.6a предполагается, что давление в точках 1 и 3 одинаково (т.е. p ₁ =p ₃ ) и что уровень 1 поддерживается постоянным. Таким образом, скорость на станции 1 (v ₁ ) равен нулю. Кроме того, не учитываются потери на трение. Тогда уравнение баланса энергии между точками 1 и 3 дает -

Уравнение (2.7) дает скорость струи, выходящей против статического напора h, в результате чего эффективный напор равен (h _t -час). теперь, на показанный момент, пусть уровень металла в кристаллизаторе поднимется на высоту dh за интервал времени dt, A _m и A _g - площади поперечного сечения пресс-формы и шибера соответственно. Затем

Эффект стремления:

Для формы, изготовленной из проницаемого материала (например, песка), следует позаботиться о том, чтобы давление в любом месте потока жидкого металла не упало ниже атмосферного. В противном случае газы, образующиеся при обжиге органических соединений в форме, попадут в поток расплавленного металла, образуя пористые отливки. Это известно как эффект устремления.

Обращаясь к рис. 2.6a и применяя уравнение Бернулли между точками 2 и 3, мы получаем -

Другая ситуация, когда на изображении появляется эффект аспирации, связана с внезапным изменением направления потока. Как показано на рис. 2.9a, поток жидкого металла сжимается вокруг острого угла из-за эффекта импульса. В вертикальном стробировании это не имеет ничего общего с ускорением силы тяжести.

Область сужения, показанная на станции 2 на рис. 2.9a, известна как вена контракта. Чтобы избежать создания вакуума вокруг станции 2, форму изготавливают так, чтобы она соответствовала контракту вены, как показано на рис. 2.9b. Другими словами, избегается резкое изменение направления потока. Если диаметр рабочего колеса равен d, а диаметр на входе равен d ’, то, как правило, d’ / d поддерживается на уровне, приблизительно равном 1,3. Это означает r ≈ 0,15d.

Общие элементы, используемые в конструкции литников для предотвращения примесей в отливке, следующие: следует (см. также рис. 2.10):

(i) Разливочный бассейн:

Это снижает эрозионную силу струи жидкого металла, идущей непосредственно из печи. Постоянный напор можно также поддерживать с помощью сливной ванны.

(ii) Фильтр:

Керамический фильтр в литнике удаляет окалину.

(iii) Splash Core:

Керамический сердечник для брызг, расположенный на конце литника, также снижает эрозионную силу струи жидкого металла.

(iv) Просмотрите Боб:

Это ловушка, размещенная в горизонтальном затворе для предотвращения попадания более тяжелых и легких примесей в форму.

Эффекты трения и распределения скорости:

Скорость жидкого металла в литнике и затворе одинакова по поперечному сечению. Фактически, скорость жидкости, контактирующей с любой твердой поверхностью, равна нулю и максимальна на оси канала.

Распределение скорости внутри канала зависит от формы канала и характера потока (т. е. турбулентный или ламинарный). Кроме того, в нашем обсуждении до сих пор мы также не предполагали потерь на трение.

В реальных жидкостях потери на трение всегда присутствуют, особенно когда происходит внезапное сокращение или увеличение поперечных сечений потока. В последующем обсуждении мы будем, в свете этих двух факторов, то есть распределения скоростей и трения, модифицировать уже разработанные нами уравнения.