게이팅 시스템 설계 | 주조 | 제조 과학

다음 문서에서는 금속 주조에 사용되는 게이트 시스템을 설계하는 방법을 안내합니다.

게이트 시스템 설계:

게이팅 시스템의 설계는 금속 및 금형 구성에 따라 달라집니다. 예를 들어, 알루미늄과 같이 녹는점이 낮은 금속에서 쉽게 산화되는 드로스(예:산화물)를 피하기 위해 정교한 게이팅 설계가 필요합니다.

그러나 주철의 경우 높은 주입 온도를 피하기 위해 액체 금속에 대한 짧은 경로가 선택됩니다. 세라믹 몰드의 게이팅 디자인은 일반적으로 투과성 모래 몰드에 사용되는 것과는 상당히 다릅니다. 대체로 게이팅 디자인은 (i) 수직 게이팅, (ii) 하단 게이팅 및 (iii) 수평 게이팅의 세 가지 범주로 분류할 수 있습니다.

수직 게이팅에서는 액체 금속을 수직으로 부어 베이스에서 대기압으로 금형을 채웁니다. 반면에 바텀 게이팅에서는 액체 금속이 아래에서 위로 금형에 채워져 수직 게이팅과 관련된 튀거나 산화되는 것을 방지합니다. 그림 2.6은 간단한 수직 게이팅과 하단 게이팅 설계를 보여줍니다. 수평 게이팅 시스템에서 최소 난류로 액체 금속의 더 나은 분포를 위해 추가 수평 부분이 도입되었습니다.

유체 흐름 원리에 기초한 간단한 계산으로 금형을 채우는 데 걸리는 시간을 추정할 수 있습니다. 그림 2.6의 두 가지 설계에 대해 설명하겠습니다. 일반적으로 베르누이 방정식으로 알려진 단위 질량 유량을 기반으로 하는 통합 에너지 균형 방정식이 사용됩니다. 예를 들어 그림 2.6a에서 점 1과 3의 압력은 같다고 가정합니다(즉, p₁ =p₃ ) 그 수준 1은 일정하게 유지됩니다. 따라서 역에서의 속도 1(v₁ )는 0입니다. 또한 마찰 손실은 무시됩니다. 그런 다음 점 1과 3 사이의 에너지 균형 방정식은 다음과 같습니다.

방정식 (2.7)은 정적 수두 h에 대해 분사되는 제트의 속도를 제공하여 유효 수두를 (h_t -시간). 이제 표시된 순간 동안 금형의 금속 레벨이 시간 간격 dt, A_m 에서 높이 dh를 통해 위로 이동하도록 하십시오. 및 A_g 는 각각 금형과 게이트의 단면적입니다. 그런 다음

야망 효과:

투과성 재료(예:모래)로 만든 주형의 경우 액체 금속 흐름의 어느 곳에서나 압력이 대기압 아래로 떨어지지 않도록 주의해야 합니다. 그렇지 않으면 주형에서 유기 화합물의 베이킹에서 발생하는 가스가 용융 금속 흐름으로 들어가 다공성 주물을 생성합니다. 이것을 흡인 효과라고 합니다.

그림 2.6a를 참조하고 점 2와 3 사이에 베르누이 방정식을 적용하면 다음을 얻습니다.

흡인 효과가 그림에 나타나는 또 다른 상황은 흐름 방향의 급격한 변화와 관련이 있습니다. 그림 2.9a에서 볼 수 있듯이 액체 금속 흐름은 운동량 효과로 인해 날카로운 모서리 주위에서 수축합니다. 수직 게이팅에서 이것은 중력으로 인한 가속과 아무 관련이 없습니다.

그림 2.9a의 스테이션 2에 표시된 수축 영역을 대정맥이라고 합니다. 스테이션 2 주변에 진공이 생성되는 것을 방지하기 위해 그림 2.9b와 같이 대정맥에 맞게 금형을 만듭니다. 즉, 흐름 방향의 급격한 변화를 피할 수 있습니다. 주자의 지름이 d이고 입구의 지름이 d'이면 일반적으로 d'/d는 대략 1.3과 같은 값으로 유지됩니다. 이것은 r ≈ 0.15d를 의미합니다.

주물의 불순물을 방지하기 위해 게이트 설계에 사용되는 일반적인 항목은 다음과 같습니다. 다음(그림 2.10 참조):

(i) 주입구:

이렇게 하면 용광로에서 직접 나오는 액체 금속 흐름의 침식력이 감소합니다. 물을 붓는 대야를 사용하여 일정한 주입 헤드를 유지할 수도 있습니다.

(ii) 스트레이너:

스프루의 세라믹 스트레이너는 찌꺼기를 제거합니다.

(iii) 스플래시 코어:

스프루 끝에 위치한 세라믹 스플래쉬 코어는 또한 액체 금속 흐름의 침식력을 감소시킵니다.

(iv) 스킴 밥:

더 무겁고 가벼운 불순물이 금형에 들어가는 것을 방지하기 위해 수평 게이트에 설치하는 트랩입니다.

마찰 및 속도 분포의 효과:

스프루와 게이트에서 액체 금속의 속도는 횡단면에 걸쳐 균일합니다. 사실, 고체 표면과 접촉하는 유체의 속도는 0이고 도관의 축에서 최대입니다.

도관 내의 속도 분포는 도관의 모양과 흐름의 특성(즉, 난류 또는 층류)에 따라 다릅니다. 또한 지금까지의 논의에서 마찰 손실도 가정하지 않았습니다.

실제 유체에서는 마찰 손실이 항상 존재합니다. 특히 흐름 단면의 급격한 수축 또는 확대가 있을 때 그렇습니다. 이어지는 논의에서 우리는 이 두 가지 요인, 즉 속도 분포와 마찰에 비추어 우리가 이미 개발한 방정식을 수정할 것입니다.