Design des Gating-Systems | Gießen | Fertigungswissenschaft

Der folgende Artikel zeigt Ihnen, wie Sie ein Angusssystem entwerfen, das beim Metallguss verwendet wird.

Design des Gating-Systems:

Das Design eines Angusssystems hängt sowohl von der Metall- als auch der Formzusammensetzung ab. Beispielsweise ist ein ausgeklügeltes Angussdesign erforderlich, um Krätze (z. B. Oxide) in leicht oxidierbaren Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt wie Aluminium zu vermeiden.

Bei Gusseisen wird jedoch ein kurzer Weg für das flüssige Metall gewählt, um eine hohe Gießtemperatur zu vermeiden. Das Angussdesign für eine Keramikform unterscheidet sich stark von dem, das normalerweise für eine durchlässige Sandform verwendet wird. Grossartig können Angussdesigns in drei Kategorien eingeteilt werden, nämlich (i) vertikales Anguss, (ii) unteres Anguss und (iii) horizontales Anguss.

Beim vertikalen Anguss wird das flüssige Metall vertikal gegossen, um die Form mit atmosphärischem Druck am Boden zu füllen. Beim Bottom Anguss hingegen wird das flüssige Metall von unten nach oben in die Form eingefüllt, wodurch Spritzer und Oxidation beim vertikalen Anspritzen vermieden werden. Abbildung 2.6 zeigt ein einfaches Design mit vertikalem Anschnitt und einem unteren Anschnitt. Beim horizontalen Angusssystem werden zusätzliche horizontale Abschnitte zur besseren Verteilung des flüssigen Metalls mit minimalen Turbulenzen eingebracht.

Einfache Berechnungen auf der Grundlage von Flüssigkeitsströmungsprinzipien können zu einer Schätzung der Zeit zum Füllen einer Form führen. Wir veranschaulichen dies für die beiden Designs in Abb. 2.6. Es wird die integrierte Energiebilanzgleichung auf Basis des Massenstroms pro Einheit, besser bekannt als Bernoulli-Gleichung, verwendet. In Abb. 2.6a wird beispielsweise angenommen, dass der Druck an den Punkten 1 und 3 gleich ist (d. h. p₁ =p₃ ) und dass Level 1 konstant gehalten wird. Somit ist die Geschwindigkeit an der Station 1 (v₁ ) ist null. Außerdem werden die Reibungsverluste vernachlässigt. Dann ergibt die Energiebilanzgleichung zwischen den Punkten 1 und 3 –

Gleichung (2.7) gibt die Geschwindigkeit eines gegen einen statischen Kopf ausgestoßenen Strahls h an, wodurch der effektive Druck zu (h_t -h). Lassen Sie nun für den gezeigten Moment den Metallspiegel in der Form in einem Zeitintervall dt, A_m . um eine Höhe dh nach oben steigen und A_g sind die Querschnittsflächen der Form bzw. des Angusses. Dann

Aspirationseffekt:

Bei einer Form aus durchlässigem Material (z. B. Sand) sollte darauf geachtet werden, dass der Druck an keiner Stelle des Flüssigmetallstroms unter den Atmosphärendruck fällt. Andernfalls dringen die beim Brennen der organischen Verbindungen in der Form entstehenden Gase in den geschmolzenen Metallstrom ein und erzeugen poröse Gussteile. Dies wird als Aspirationseffekt bezeichnet.

Unter Bezugnahme auf Abb. 2.6a und Anwendung der Bernoulli-Gleichung zwischen den Punkten 2 und 3 erhalten wir –

Eine weitere Situation, in der der Aspirationseffekt ins Spiel kommt, ist mit einer plötzlichen Änderung der Strömungsrichtung verbunden. Wie in Abb. 2.9a gezeigt, zieht sich der Flüssigmetallstrom aufgrund des Impulseffekts um eine scharfe Ecke zusammen. Beim vertikalen Anschnitt hat dies nichts mit Erdbeschleunigung zu tun.

Die an Station 2 in Abb. 2.9a gezeigte Einschnürung wird als Vena Contracta bezeichnet. Um das Entstehen eines Vakuums um Station 2 zu vermeiden, wird die Form wie in Abb. 2.9b an die Vena contracta angepasst. Mit anderen Worten wird eine starke Änderung der Strömungsrichtung vermieden. Wenn der Kanaldurchmesser d und der Durchmesser am Eingang d’ beträgt, wird d’/d normalerweise auf einem Wert von ungefähr 1,3 gehalten. Dies bedeutet r ≈ 0,15d.

Die üblichen Elemente, die in einem Angussdesign verwendet werden, um Verunreinigungen im Gussstück zu vermeiden, sind: folgt (siehe auch Abb. 2.10):

(i) Gießbecken:

Dies verringert die Erodierkraft des Flüssigmetallstroms, der direkt aus dem Ofen kommt. Eine konstante Gießhöhe kann auch durch die Verwendung eines Gießbeckens aufrechterhalten werden.

(ii) Sieb:

Ein Keramiksieb im Anguss entfernt Schlacken.

(iii) Splash-Kern:

Ein keramischer Spritzkern am Ende des Angusses reduziert zudem die Erodierkraft des Flüssigmetallstrahls.

(iv) Skim Bob:

Es handelt sich um eine Falle, die in einem horizontalen Tor platziert wird, um zu verhindern, dass schwerere und leichtere Verunreinigungen in die Form gelangen.

Auswirkungen von Reibung und Geschwindigkeitsverteilung:

Die Geschwindigkeit eines flüssigen Metalls im Anguss und im Anguss ist über den Querschnitt gleichmäßig. Tatsächlich ist die Geschwindigkeit eines Fluids in Kontakt mit einer festen Oberfläche null und an der Achse der Leitung maximal.

Die Geschwindigkeitsverteilung innerhalb der Leitung hängt von der Form der Leitung und der Art der Strömung (d. h. turbulent oder laminar) ab. Weiterhin haben wir in unserer bisherigen Diskussion auch keine Reibungsverluste angenommen.

In realen Flüssigkeiten sind die Reibungsverluste immer vorhanden, insbesondere bei einer plötzlichen Kontraktion oder Vergrößerung der Strömungsquerschnitte. In der folgenden Diskussion werden wir im Lichte dieser beiden Faktoren, d. h. Geschwindigkeitsverteilung und Reibung, die bereits entwickelten Gleichungen modifizieren.