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• Hector Guioassif Moreira Sossa

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Referencia Traducción Handbook página 1280 C) DISEÑO DE BEBEDEROS Un sistema de llenado es la red conducto a través del cual el metal líquido entra en un molde y fluye para llenar la cavidad del molde, donde el metal puede entonces solidificar para formar la forma de colada deseada. Los componentes básicos de un sistema de llenado sencillo para un horizontalmente molde separado se muestran en la Fig. 1. Una taza vertido o un recipiente de colada proporciona una abertura para la introducción de metal de un dispositivo de vertido. Un bebedero lleva el metal líquido hacia abajo para unirse a uno o más corredores, que distribuyen el de metal a lo largo del molde hasta que pueda entrar en la cavidad de fundición a través de puertas. Variables del diseño Los métodos utilizados para promover cualquiera de diseño deseable consideraciones discuten a continuación menudo entran en conflicto con otro efecto deseado. Por ejemplo, los intentos para llenar un molde rápidamente pueden resultar en velocidades de metales que promueven la erosión molde. Como un En consecuencia, cualquier sistema de gating generalmente será un compromiso entre en conflicto consideraciones de diseño, con el pariente importancia de la consideración que se determina por la de colada específica y su moldeo y las condiciones de colada. Llenado del molde rápida puede ser importante por varias razones. Especialmente con sección delgada fundición, la pérdida de calor desde el líquido metal durante el llenado del molde puede resultar en la congelación prematura, que producen defectos en la superficie (por ejemplo, vueltas en frío) o a medio llenar secciones (misruns). Sobrecalentamiento de metal fundido aumentará la fluidez y retardar la congelación, pero recalentamiento excesivo puede aumentar los problemas de captación de gas el metal fundido y

exagerar la degradación térmica del medio molde. Además, el tiempo de llenado del molde debe mantenerse más corto que el tiempo de producción de molde de la pieza moldeada equipos para maximizar la productividad. Reducir al mínimo la turbulencia. Llenado turbulento y flujo en el sistema de llenado y de la cavidad del molde pueden aumentar mecánica y ataque térmico en el molde. Más importante, la turbulencia puede producir defectos de fundición mediante la promoción del arrastre de gases en el metal que fluye. Estos gases pueden ser por sí mismos defectos (por ejemplo, burbujas), o pueden producir escoria o inclusiones por reacción con el metal líquido. El flujo turbulento aumenta el área de superficie del metal líquido se expone al aire dentro del sistema de gating. La susceptibilidad de diferentes aleaciones de fundición a la oxidación varía considerablemente. Para aquellas aleaciones que son altamente sensibles a la oxidación, tales como aleaciones de aluminio; aleaciones de magnesio; y el silicio, aluminio, manganeso y bronces, las turbulencias pueden generar extensa películas de óxido que se agitaban en el metal que fluye, a menudo causando defectos inaceptables. Cómo evitar el moho y la erosión Core. La alta velocidad de flujo o flujo dirigido incorrectamente contra una superficie del molde o núcleo puede producir piezas fundidas defectuosas al erosionar la superficie del molde (ampliando así la cavidad de molde) y por arrastre de las partículas desalojadas del molde para producir inclusiones en la pieza colada. Extracción de Escorias, e inclusiones. Este factor incluye materiales que se pueden introducir desde fuera del molde (por ejemplo, escorias de hornos y refractarios de cuchara) y los que se puede generar en el interior del sistema. Los métodos pueden ser incorporados en el sistema de gating para atrapar tales partículas (por ejemplo, filtros) o para darles tiempo a flotar fuera de la corriente de metal antes de entrar en la cavidad del molde. Promoción de los gradientes térmicos favorables. Debido a que la última de metal para entrar en la cavidad del molde será generalmente el más caliente, por lo general es deseable introducir el metal en las partes de la fundición que ya se espera que sea el último en solidificar. Un método obvio de conseguir esto es para dirigir el flujo de metal desde el sistema de gating en un tubo ascendente, desde que posteriormente entra en la cavidad del molde. Debido a que el elevador está generalmente diseñado para ser la última parte del sistema de tubo ascendente / colada a solidificar, un acuerdo de este tipo de compuerta ayudará a promover la solidificación direccional desde el casting para el elevador. Si el sistema de gating no puede ser diseñado para promover algún gradiente térmico deseable, al menos debe estar diseñado de manera que no producirá gradientes desfavorables. Esto a menudo implicar la introducción del metal en

la cavidad del molde a través de múltiples bebederos para que nadie ubicación se convierte en un punto caliente. Maximizar el rendimiento. Una variedad de costos irrecuperables debe ir en el metal que va a llenar, el sistema de llenado y elevadores. Estos componentes deben entonces ser retirados de la colada y, en general devueltos para refusión, donde su valor es degradado a la de la chatarra. Los costes de producción se pueden reducir significativamente, reduciendo al mínimo la cantidad de metal contenida Fig. 1 con componentes básicos de un sistema de llenado sencillo para un molde horizontalmente separado. En el sistema de gating. La capacidad de producción de una fundición también se puede mejorar mediante el aumento del porcentaje de vendible piezas de fundición que se pueden producir a partir de un determinado volumen de metal fundido. Económico Remoción Gating. Los costos asociados con la limpieza y acabado de piezas fundidas pueden reducirse si el número y tamaño de las conexiones Ingate con el casting pueden ser minimizados. Una vez más, puede ser ventajoso introducir metal en la cavidad del molde a través de un tubo ascendente, porque el cuello elevador también puede servir como una boca de alimentación. Cómo evitar la distorsión de fundición es especialmente importante con piezas fundidas alto y delgado, de pared delgada, en el que la distribución desigual de calor como la cavidad del molde se llena puede producir patrones de solidificación indeseables que hacen que el casting se deforme. Adicionalmente, la contracción del sistema de gating medida que se solidifica puede tirar en secciones de la colada de solidificación, dando como resultado el desgarro en caliente o distorsión. Compatibilidad con moldura / Métodos de colada existentes. Las máquinas de moldeo de alta producción moderna y sistemas automatizados que vierten a menudo limitan severamente la flexibilidad permitida en la localización y la conformación de la copa de vaciado y bebedero para la introducción de metal en el molde. También suelen situar límites definidos en la velocidad a la que el metal se puede verter. Controlados condiciones de flujo. Un caudal constante de metal en el sistema de llenado debe establecerse lo antes posible durante el llenado del molde, y las condiciones de flujo debe ser predecible consistentes de un molde a la siguiente.

PRINCIPIOS DE FLUJO DE FLUIDOS Un diseño adecuado de un sistema de llenado optimizado será facilitada por la aplicación de una serie de principios fundamentales de flujo de fluido. El principal de estos principios son el teorema de Bernoulli, la ley de la continuidad, y el efecto de impulso. Teorema de Bernoulli Esta ley básica de la hidráulica relaciona la presión, la velocidad, y la elevación a lo largo de una línea de flujo de una manera que se puede aplicar a gating sistemas. El teorema de que, en cualquier punto en un sistema completo, la suma de la energía potencial, energía cinética, energía de presión, y la energía de fricción de un líquido que fluye es igual a una constante. El teorema se puede expresar como: 2

wZ+ wPv+

wV + wF=K …(1) 2g

Dónde:       

w es el peso total del líquido que fluye (en libras), Z es la altura del líquido (en pulgadas) P es la presión estatica en el líquido (en libras por pulgada cuadrada) v es el volumen específico del líquido (en pulgadas cúbicas por libra) g es la aceleración de la gravedad (386.4 in. / s2) V es la velocidad (en pulgadas por segundo) F es la pérdida por fricción por unidad de peso K es una constante.

Si la ecuación 1 se divide por w, todos los términos se reducen a dimensiones de longitud y representarán:    

Cabeza Potencial Z El cabezal de presión, Pv Altura de velocidad V2 / 2g Pérdida de rozamiento de cabeza F

La ecuación (1) permite la predicción del efecto de las diversas variables en diferentes puntos en el sistema de gating, aunque varios condiciones inherentes a los sistemas de compuerta de fundición complican y modifican su aplicación estricta. Por ejemplo: 

La ecuación 1 es para los sistemas completos, y al menos en el inicio del vertido, un sistema de gating está vacía. Esta indica que un sistema de llenado debe ser diseñado para establecer lo más









rápidamente las posibles condiciones de flujo de un sistema completo La ecuación 1 asume una pared impermeable alrededor del metal que fluye. En la práctica de la fundición de arena, la permeabilidad del medio molde puede introducir problemas, por ejemplo, la aspiración de aire en el que fluye líquido Pérdidas de energía adicionales debido a la turbulencia a la fricción (por ejemplo, debido a cambios en la dirección del flujo) debe tenerse en cuenta La pérdida de calor desde el metal líquido no se considera, el que establecerá un límite en el tiempo durante el cual el flujo puede mantenerse. También, solidificando metal en las paredes de los componentes del sistema de gating alterará su diseño mientras que el flujo continúa.

El teorema de Bernoulli (Eq 1) se ilustra esquemáticamente en la Fig. 2, y varias interpretaciones prácticos que se derivan. La energía potencial es, obviamente, en un máximo en el punto más alto en el sistema, es decir, la parte superior del recipiente de colada. Al Igual que los flujos de metal de la cuenca hasta el bebedero, los posibles cambios de energía a la energía cinética como la corriente de los aumentos en la velocidad debido a la gravedad. Como el bebedero llena, una carga de presión se desarrolla.

Fig. 2 esquemático que ilustra la aplicación del teorema de Bernoulli a un sistema de gating. Fuente: Ref. 1.

Una vez establecido el flujo en un sistema de llenado, los jefes potenciales y de fricción se vuelven prácticamente constante, así que las condiciones dentro del sistema de gating se determinan por la interacción de los factores restantes. La velocidad es alta, donde la presión es baja, y viceversa. La Ley de Continuidad Esta ley establece que, para un sistema con paredes impermeables y llena de un fluido incompresible, la tasa de flujo será la misma en todos los puntos en el sistema. Esto puede ser expresado como:

Q= A1 V 1= A2 V 2 …(2)

Donde Q es la tasa de flujo (en centímetros cúbicos por segundo) A es el área de sección transversal de la corriente (en pulgadas cuadradas) V es la velocidad de la corriente (en pulgadas por segundo), y los subíndices 1 y 2 designan dos lugares diferentes en el sistema. Una vez más, la permeabilidad de moldes de arena puede complicar la aplicación estricta de esta ley, la introducción de potencial problemas en el proceso de fundición. Una implicación práctica de la ley de la continuidad se ilustra en la Fig. 3, que ilustra el flujo de metal a partir de una verter cuenca. Como se indica en la ecuación 1, la energía potencial es alto, pero la velocidad es baja como la corriente sale de la cuenca. La velocidad aumenta a medida que la corriente cae, por lo que el área de sección transversal de la corriente debe disminuir proporcionalmente para mantener la saldo de la velocidad de flujo. El resultado es la forma cónica típica de una corriente de caída libre se muestra en la Fig. 3 (a).

Fig. 3 Esquema que muestra las ventajas de un bebedero cónico sobre un bebedero de lados rectos. (A) el flujo natural de un líquido en caída libre. Aspiración (b) de aire inducido por el flujo de líquido en un bebedero de lados rectos. (C) el flujo de líquido en una cónica bebedero. Si el mismo flujo se dirige hacia abajo por un canal de colada de lados rectos (Fig. 3b), el flujo al caer creará un área de baja presión como se tira de las paredes de bebedero y probablemente aspirar aire. Además, el flujo tenderá a ser desigual y turbulento, especialmente cuando la corriente alcanza la base del bebedero. El bebedero cónico se muestra en la Fig. 3 (c) está diseñado para ajustarse a la forma natural de la corriente que fluye y por lo tanto reduce la turbulencia y la posibilidad de aspiración del aire. También tiende a llenar rápidamente, estableciendo la carga de presión característico de las condiciones de flujo total requeridos por la ecuación 1. Muchos tipos de unidades de moldeo de alta producción no se acomodan fácilmente bebederos cónicos, por lo que el diseñador del sistema de gating tratará de aproximar el efecto de un bebedero cónico mediante la colocación de una restricción, o se ahogue, en o cerca de la base del canal de colada para forzar el flujo de caer a una copia de seguridad en el bebedero (Fig. 4).

Fig. 4 mecanismos Choke incorporados en bebederos de lados rectos de aproximación de flujo de líquido en los bebederos cónicos. (A) núcleo Choke. (B) Runner ahogarse. Efectos Momentum Primera ley de Newton afirma que un cuerpo en movimiento continuará moviéndose en una dirección dada hasta que una fuerza se ejerce sobre ella a cambiar su dirección. Número y tipo de flujo de Reynolds. El flujo de los líquidos se puede caracterizar por una medida especial llamado número de Reynolds, que se puede calcular de la siguiente manera:

NR=

vdρ …(3) μ

Donde:

    

NR es el número de Reynolds ν es la velocidad del líquido d es el diámetro del canal de líquido ρ es la densidad del líquido μ es la viscosidad del líquido.

Como se muestra en la Fig. 5, si el número de Reynolds es menor que 2000, el flujo es caracterizado como laminar, con las moléculas del líquido que tiende a moverse en línea recta sin turbulencias (Fig. 5a).

Fig. Número de 5 Reynolds, NR, y su relación con el flujo de caracterización. (A) NR