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
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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
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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
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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
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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 ⋅=
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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 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
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Elegir siempre el tiempo de llenado mínimo (entre 1 y 2)
3. Cálculo del sistema de distribución3. Cálculo del sistema de distribución
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3. Cálculo del sistema de distribución3. Cálculo del sistema de distribución
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 −⋅⋅=
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03 2 Hgv ⋅⋅=
3. Cálculo del sistema de distribución3. Cálculo del sistema de distribución
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
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elevada turbulencia y aspiración de aire sin aspiración de aire
3. Cálculo del sistema de distribución3. Cálculo del sistema de distribución
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
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3. Cálculo del sistema de distribución3. Cálculo del sistema de distribución
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
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3. Cálculo del sistema de distribución3. Cálculo del sistema de distribución
OTRAS CONSIDERACIONES DE DISEÑO
• Flujo en sistemas de alimentación vertical • Sección de los canales
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3. Cálculo del sistema de distribución3. Cálculo del sistema de distribución
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
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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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