canales de alimentación

MÓDULO III: ESTUDIO ANÁLÍTICO DE LOS MÓDULO III: ESTUDIO ANÁLÍTICO DE LOS PROCESOS DE MOLDEOPROCESOS DE MOLDEO

TEMA 12: Diseño del sistema de TEMA 12: Diseño del sistema de li t ió i f didli t ió i f didalimentación en piezas fundidasalimentación en piezas fundidas

TÉCNICAS AVANZADAS DE MOLDEO Y CONFORMADOTÉCNICAS AVANZADAS DE MOLDEO Y CONFORMADOTÉCNICAS AVANZADAS DE MOLDEO Y CONFORMADOTÉCNICAS AVANZADAS DE MOLDEO Y CONFORMADO

DPTO. DE INGENIERÍA MECÁNICADPTO. DE INGENIERÍA MECÁNICA

Universidad del País Vasco Universidad del País Vasco –– Euskal Herriko UnibertsitateaEuskal Herriko Unibertsitatea

Tema12: Diseño del sistema de alimentación en piezas fundidas 1/15

ContenidosContenidos

1. Introducción

2. Sistemas de colada

3 Cál l d l i t d di t ib ió3. Cálculo del sistema de distribución


1. Introducción1. Introducción

SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE UN MOLDE• Garantizar la penetración ininterrumpida del metal en el molde

E t bl l d d l id d d t d d l lí id• Establecer la adecuada velocidad de entrada del líquido• Alimentar el molde con metal líquido durante el período de contracción

La coladaO ió d ll d d l ld l t l f didOperación de llenado del molde con el metal fundido.

Objetivos:• Rapidez de la operación

Fl j t b l t• Flujo poco turbulentoRebosadero

Bebedero

Pieza

Base

Canal Ataques

Base bebedero


Extensión canal

2. Sistemas de colada2. Sistemas de colada

COLADA DIRECTA COLADA POR EL FONDO

SimplicidadBajo consumo de metal adicionalGeneración de gradientes de Tª favorables

Reduce la turbulenciaReduce la erosión del moldeg

Utilización de filtros para controlar flujo y escorias

× Turbulencias (erosión del molde o

× Puede producir gradientes de Tª desfavorables

(atrapamiento de aire y escoria)

AplicaciónMoldes pequeños, sencillos


p q ,Moldes grandes de materiales resistentes a

la erosión del metal

2. Sistemas de colada2. Sistemas de colada

COLADA POR LA SUP. DE PARTICIÓN SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN MÚLTIPLES

Solución intermediaFacilidad para el moldeo

a) Verticales o colada escalonada

b) Horizontales


3. Cálculo del sistema de distribución3. Cálculo del sistema de distribución

TIEMPO DE LLENADODepende de:

• Fluidez del metalImprescindible para determinar las dimensiones de los distintos elementos del sistema de alimentaciónFluidez del metal

• Gradientes térmicos• Peso y forma de la pieza

Para que no se originen defectos debe ser:

los distintos elementos del sistema de alimentación

1. Lo suficientemente rápido para que el molde esté lleno de metal líquido, antes de que haya comenzado la solidificación en cualquiera de sus partes.

T kléLey de Chworinoff: t = K ( V / A )2

K: constante (material molde-fundido)*V/A: módulo de enfriamiento de la pieza

Trencklé:

Abacos para calcular t en función de:- dimensiones principales pieza

l it d id ldV/A: módulo de enfriamiento de la piezaV, volumen piezaA, superficie exterior pieza

- longitud recorrida por caldo- tipo de aleación- tipo de molde

Simulación por elementos finitos: )(24,1 kgPesot totalgrisfundiciónll ⋅=



TIEMPO DE LLENADODepende de:

• Fluidez del metalImprescindible para determinar las dimensiones de los distintos elementos del sistema de alimentación

Para que no se originen defectos debe ser:

Fluidez del metal• Gradientes térmicos• Peso y forma de la pieza

los distintos elementos del sistema de alimentación

2. Lo suficientemente rápido para que el calor radiante del metal líquido no origine defectos superficiales debidos a la dilatación de la arena.

Hs: altura de la pieza por encima de los ataques

Para otra Tª, multiplicar los

(15734 - 2934) / (T4 - 2934)

tiempos anteriores por:

Tiempo límite para evitar defectos superficiales. Trencklé. Válido para Tª de colada de 1300 ºC


Elegir siempre el tiempo de llenado mínimo (entre 1 y 2)


CALCULO DE LA SECCION DE CONTROL DEL BEBEDERO (S3)

G: gasto medio de llenado

33 vStVG ⋅==

V: volumen (pieza+conductos+mazarotas)t: tiempo de llenado del moldeS3: sección de control del bebederov : velocidad de la colada en 3

1

2•

•

t v3: velocidad de la colada en 3

3

H

Velocidad de la colada en 3:

Colada directa Colada por el fondo

3•

Colada directa Colada por el fondo

( ) 2/2 03 CHHgv −⋅⋅=


03 2 Hgv ⋅⋅=


DIMENSIONAMIENTO DEL BEBEDEROComo:Como:

• La ec. de continuidad exige el mismo G en cualquier sección.• Debido al efecto de la gravedad la velocidad aumenta con la altura.

v1=0

22 2 hgv ⋅⋅=

thgv ⋅⋅= 23

1

2•

•hc

G = S2 . v2 = S3 . v3 ⇒ S3<S2

Ecuación de Bernouilli : 1/2 δ v 2 + δ g h + p = 1/2 δ v 2 + δ g h + p3

hth2

B b d ilí d i

3•

t

c

hh

SS

=2

3 Sin efecto de aspiración

Bebedero cilíndrico Bebedero cónico


elevada turbulencia y aspiración de aire sin aspiración de aire


DIMENSIONAMIENTO DE CANALES Y ATAQUES

Relación de alimentación

Relación entre las secciones transversales de bebedero-canales-ataques ACB SSS ::

• Sistemas convergentes o a presión • Sistemas divergentes o sin presión

ACB SSS >> ACB SSS <<

- Los conductos se mantienen siempre llenos- Se pueden conseguir mayores velocidades× Turbulencia mayor debido a la velocidad

- Velocidad de flujo decreciente- Menores turbulencias× Diseño más cuidadoso

Recomendaciones:

Aleaciones ligeras → 1:2:3Aleaciones ligeras → 1:2:3Aleaciones de Cu → 1:1,5:2Hierro fundido → 1:2,5:3,5Aceros → 1:3:3



OTRAS CONSIDERACIONES DE DISEÑO• Evitar cambios bruscos de sección canal • Evitar cambios bruscos de direcciónEvitar cambios bruscos de sección canal Evitar cambios bruscos de dirección

• Efecto de la presión metalostática y diseño del canal en la velocidad de flujo

• Igualar caudales y presiones en sistemas de alimentación múltiple



OTRAS CONSIDERACIONES DE DISEÑO

• Flujo en sistemas de alimentación vertical • Sección de los canales



OTRAS CONSIDERACIONES DE DISEÑO

• Eliminación de escorias e impurezas

Prolongar el canal de colada más allá del último ataque

Colocar filtros

q

Efectuar la colada en remolino Otras opciones Colocar los ataques en la parte inferior del canal


4. Ejercicio4. Ejercicio

EJERCICIO SOBRE EL MÓDULO DE ENFRIAMIENTO (V/A)

Se tienen 3 piezas metálicas del mismo volumen pero con diferentes formas geométricas: una esfera, un cubo y un cilindro cuya altura es igual a su diámetro.

- Calcular el modulo de enfriamiento de cada una de ellas.- En base a los resultados obtenidos:

¿Cuál de ellas solidificará antes?

En base a los resultados obtenidos, razonar la forma que tendría que tener una mazarota


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