Diseño de sistema de puerta | Casting | Ciencias de la fabricación

El siguiente artículo lo guiará sobre cómo diseñar un sistema de compuerta utilizado en la fundición de metal.

Diseño del sistema de puerta:

El diseño de un sistema de compuertas depende tanto de la composición del metal como del molde. Por ejemplo, se necesita un diseño de compuerta elaborado para evitar la escoria (p. Ej., Óxidos) en metales de bajo punto de fusión que se oxidan fácilmente, como el aluminio.

Para hierro fundido, sin embargo, se selecciona un camino corto para el metal líquido para evitar una temperatura de vertido alta. El diseño de la compuerta para un molde de cerámica es bastante diferente al que se usa normalmente para un molde de arena permeable. En términos generales, los diseños de compuertas se pueden clasificar en tres categorías, a saber:(i) compuertas verticales, (ii) compuertas inferiores y (iii) compuertas horizontales.

En la compuerta vertical, el metal líquido se vierte verticalmente para llenar el molde con presión atmosférica en la base. En la compuerta inferior, por otro lado, el metal líquido se llena en el molde de abajo hacia arriba, evitando así las salpicaduras y la oxidación asociadas con la compuerta vertical. La Figura 2.6 muestra un diseño de compuerta vertical simple y un diseño de compuerta inferior. En el sistema de compuerta horizontal, se introducen porciones horizontales adicionales para una mejor distribución del metal líquido con mínima turbulencia.

Los cálculos simples basados ​​en principios de flujo de fluido pueden llevar a una estimación del tiempo necesario para llenar un molde. Ilustraremos esto para los dos diseños de la figura 2.6. Se utilizará la ecuación de balance de energía integrada sobre la base del flujo másico por unidad, más comúnmente conocida como ecuación de Bernoulli. Por ejemplo, en la figura 2.6a, se supone que la presión en los puntos 1 y 3 es igual (es decir, p ₁ =p ₃ ) y que el nivel 1 se mantiene constante. Por lo tanto, la velocidad en la estación 1 (v ₁ ) es cero. Además, se desprecian las pérdidas por fricción. Entonces, la ecuación de balance de energía entre los puntos 1 y 3 da -

La ecuación (2.7) da la velocidad de un chorro que se descarga contra un cabezal estático h, lo que hace que el cabezal efectivo sea (h _t –H). ahora, por el instante que se muestra, deje que el nivel de metal en el molde se mueva hacia arriba a través de una altura dh en un intervalo de tiempo dt, A _m y A _g son las áreas de la sección transversal del molde y la puerta, respectivamente. Luego,

Efecto de aspiración:

Para un molde hecho de un material permeable (por ejemplo, arena), se debe tener cuidado para asegurarse de que la presión en cualquier parte de la corriente de metal líquido no descienda por debajo de la presión atmosférica. De lo contrario, los gases que se originan en la cocción de los compuestos orgánicos en el molde entrarán en la corriente de metal fundido, produciendo piezas fundidas porosas. Esto se conoce como efecto de aspiración.

Con referencia a la figura 2.6ay aplicando la ecuación de Bernoulli entre los puntos 2 y 3, obtenemos -

Otra situación en la que el efecto de aspiración entra en escena está asociada con un cambio repentino en la dirección del flujo. Como se muestra en la figura 2.9a, la corriente de metal líquido se contrae alrededor de una esquina aguda debido al efecto de impulso. En la puerta vertical, esto no tiene nada que ver con la aceleración debida a la gravedad.

La región estrecha que se muestra en la estación 2 en la figura 2.9a se conoce como vena contracta. Para evitar la creación de vacío alrededor de la estación 2, el molde se hace para que encaje en la vena contracta, como se muestra en la figura 2.9b. En otras palabras, se evita un cambio brusco en la dirección del flujo. Si el diámetro del corredor es d y el diámetro en la entrada es d ’, entonces, normalmente, d’ / d se mantiene en un valor aproximadamente igual a 1,3. Esto significa r ≈ 0.15d.

Los elementos comunes empleados en un diseño de compuerta para evitar impurezas en la fundición son los sigue (ver también la Fig. 2.10):

(i) Cuenca de vertido:

Esto reduce la fuerza de erosión de la corriente de metal líquido que viene directamente del horno. También se puede mantener una altura de vertido constante mediante el uso de un recipiente de vertido.

(ii) Colador:

Un colador de cerámica en el bebedero elimina la escoria.

(iii) Splash Core:

Un núcleo de salpicadura de cerámica colocado al final del bebedero también reduce la fuerza de erosión de la corriente de metal líquido.

(iv) Skim Bob:

Es una trampa colocada en una compuerta horizontal para evitar que las impurezas más pesadas y ligeras ingresen al molde.

Efectos de la distribución de la fricción y la velocidad:

La velocidad de un metal líquido en el bebedero y la compuerta es uniforme en toda la sección transversal. De hecho, la velocidad de un fluido en contacto con cualquier superficie sólida es cero y es máxima en el eje del conducto.

La distribución de la velocidad dentro del conducto depende de la forma del conducto y la naturaleza del flujo (es decir, turbulento o laminar). Además, en nuestra discusión hasta ahora, tampoco hemos asumido pérdidas por fricción.

En fluidos reales, las pérdidas por fricción siempre están presentes, especialmente cuando hay una contracción repentina o un aumento de las secciones transversales del flujo. En la discusión que sigue, a la luz de estos dos factores, es decir, la distribución de la velocidad y la fricción, modificaremos las ecuaciones que ya hemos desarrollado.