AKADEMIA
GÓRNICZO-HUTNICZA
WYDZIAA

im. Stanisława Staszica
ODLEWNICTWA
w Krakowie
KATEDRA TECHNOLOGII FORM ODLEWNICZYCH
Temat:
Modelowanie przepływów w układach wlewowych. Współczynnik sprawności układu wlewowego.
Sekcja: Wykonał: Data wykonania ćw.:
Odlewnictwa
3.11.2009 r.
artystycznego i
precyzyjnego
Sprawdził: Data oddania spr.: Ocena:
10.11.2009r.
1. Cel.
Zapoznanie się z metodą modelowania przepływów oraz wyznaczenie współczynnika
sprawności układu wlewowego �.
2. Część teoretyczna
Współczynnik sprawności układu wlewowego ź - wielkość charakteryzująca wszystkie
opory, które powodują straty energii w strumieniu przepływającego metalu przez kanały
układu wlewowego, wnękę formy  nadlewy i przelewy. Współczynnik oporu formy określa
sprawność energetyczną przepływu w całej formie.
3. Część doświadczalna
Warunki przeprowadzenia doświadczenia:
�� temperatura niska /temperatura pokojowa/,
�� ciecz modelowa stosowana w doświadczeniu woda,
�� urządzenie składa się z 5-ciu komór o wymiarach 55x65x450mm stojących równolegle obok
siebie połączonych wlewem doprowadzającym
�� lepkość kinetyczna cieczy modelowej zbliżona do lepkości ciekłego metalu,
�� stosowano zamiennie duże i małe zbiorniki wlewowe, różne długości wlewów głównych, ilość
komór,
�� użyto filtra siatkowego działającego jako dławik, dławika oraz komory filtracyjnej,
�� wlew główny umieszczano z boku lub na środku,
�� mierzono czas wypełniania się kolumn w urządzeniu,
�� objętość wlewu doprowadzającego
na 5 komór Vd1= 0,00005518 m3
na 4 komory Vd2= 0,000022784 m3
�� objętość belki
Vbo= 0,0001008 m3
�� Przekrój wlewu doprowadzającego
przy 5 wlewach Fd(5)= 1,24 cm2
przy 4 wlewach Fd(4)= 0,64 cm2
�� Objętość komory
Vk= 0,00160875 m3
�� Objętość zbiornika wraz z wlewem
duży zbiornik, wysoki wlew Vz1= 0,000192268 m3
mały zbiornik, krótki wlew Vz2= 0,000118351 m3
duży zbiornik, średni wlew Vz3= 0,000170259 m3
�� Wysokość wnęki formy
C= 45 cm
�� Gęstość wody
�= 1 g/cm3 = 1000 kg/m3
�� Wysokość środka przekroju wlewu doprowadzającego do najwyższego punktu wnęki formy
przy 5 wlewach p(5)= 28,1 cm
2
przy 4 wlewach p(4)= 28,3 cm
�� Objętość komory do kreski
Vkk= 0,000589875 m3
�� Warunki przeprowadzania poszczególnych pomiarów
Warunki przeprowadzania doświadczenia
Lp. pomiaru Zbiornik Wlew Zlewanie Uwagi
1 d w z boku
2 d w na środku
3 d w na środku komora filtracyjna
4 d w na środku filtr siatkowy, działający jako dławik na dole
5 m k na środku
6 m k z boku
7 m k z boku dławik
8 m k na środku dławik
9 m ś na środku
10 d w na środku komora filtracyjna
11 d k na środku
12 m k na środku dławik
w - wysoki wlew
k  krótki wlew
ś- średni wlew
m  mały zbiornik
d  duży zbiornik
Wyniki doświadczenia:
Pomiar czasu II[s]
Lp. pomiaru Pomiar czasu I[s] Komora 1 Komora 2 Komora 3 Komora 4 Komora 5
4,97 14,1 13,6 10,84 14,8 14,84
1.
4,78 5,17 16,5 16,53 15,6 15,05
2.
6,42 18,15 17,78 15,69 18,9 18,89
3.
7,03 19,09 19,1 16,36 20,21 20,34
4.
7,5 26,3 25,42 23,92 26,8 26,72
5.
8,25 24,7 28,6 28,35 28,2 28,12
6.
- 65,85 65,81 64,87 62 62
7.
- 71,12 68,45 69,04 65,4 65,48
8.
- - 19,2 17,4 14,59 15,15
9.
- - 19,1 17,8 16,21 15,4
10.
- - 21,11 21,27 19,37 17,2
11.
- - 91,2 74 72 72
12.
3
Jeśli
10005�D�
5�9�5�Q� =
25�T�5��5��5�� 5�;�ś5�_�
to
10005�D�
5�� =
25�T�5��5�9�5�Q�5�� 5�;�ś5�_�
5�]�2
5�;�ś5�_� = 5�;�5�\� -
25�6�
gdzie
�- współczynnik sprawności przepływu
� - czas zalewania
g  przyspieszenie ziemskie
Hśr  średnia wysokość słupa metalu
Ą  gęstość metalu( dla modelu gęstość wody)
Obliczone wartości ź
Współczynnik sprawności
Lp.
Pomiar czasu II
Pomiar czasu Dla całej
pomiaru
Komora Komora Komora Komora Komora
I formy
1 2 3 4 5
1 0,36 0,35 0,37 0,46 0,34 0,34 0,34
2 0,37 0,96 0,30 0,30 0,32 0,33 0,30
3 0,28 0,27 0,28 0,32 0,26 0,26 0,26
4 0,25 0,26 0,26 0,30 0,25 0,25 0,25
5 0,23 0,26 0,27 0,29 0,25 0,26 0,25
6 0,27 0,28 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24
7 - 0,10 0,10 0,11 0,11 0,11 0,10
8 - 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10
9 - - 0,54 0,60 0,71 0,69 0,54
10 - - 0,54 0,58 0,64 0,67 0,54
11 - - 0,46 0,45 0,50 0,56 0,45
12 - - 0,14 0,18 0,18 0,18 0,14
4
 Graficzne przedstawienie wyników:
Model 5-cio komorowy:
Współczynnik sprawności układu wlewowego
- duży zbiornik główny, wysoki wlew,
zalewanie z boku
0,60
0,40
0,20
0,00
1 2 3 4 5
kolumna
Wykres 1. Pomiar 1.
Współczynnik sprawności układu wlewowego -
duży zbiornik, wysoki wlew , zalewanie na środku
(naprzeciw kolumny 3)
1,50
1,00
0,50
0,00
1 2 3 4 5
kolumna
Wykres 2. Pomiar 2.
Współczynnik sprawności układu wlewowego -
duzy zbiornik, wysoki wlew z komorą filtracyjną ,
zalewanie na środku
0,40
0,20
0,00
1 2 3 4 5
kolumna
Wykres 3.Pomiar 3.
5
układu wlewowego
współczynnik sprawności
układu wlewowego
współczynnik sprawności
ukłądu wlewowego
współczynnik sprawnosci
Współczynnik sprawności układu wlewowego -
duży zbiornik, wysoki wlew, filtr siatkowy
działajacy jak dławik na dole
0,40
0,20
0,00
1 2 3 4 5
kolumna
Wykres 4.Pomiar 4.
Współczynnik sprawności układu wlewowego -
mały zbiornik główny, krótki wlew
0,29
0,28
0,27
0,26
0,25
0,24
0,23
1 2 3 4 5
kolumna
Wykres 5.Pomiar 5.
Współczynnik sprawności układu wlewowego -
mały zbiornik główny, krótki wlew, zalewanie z
boku
0,28
0,26
0,24
0,22
0,20
1 2 3 4 5
kolumna
Wykres 6.Pomiar 6.
6
układu wlewowego
współczynnik sprawności
układu wlewowego
współczynnik sprawności
układu wlewowego
współczynnik sprawności
Współczynnik sprawności układu wlewowego -
mały zbiornik wlewowy, krótki wlew główny z
dławikiem , zalewanie z boku
0,10
0,00
1 2 3 4 5
kolumna
Wykres 7.Pomiar 7.
Współczynnik sprawności układu wlewowego -
mały zbiornik wlewowy, krótki wlew główny z
dławikiem, zalewanie na środku
0,11
0,10
0,10
0,09
1 2 3 4 5
kolumna
Wykres 8.Pomiar 8.
Ograniczenie ilości kolumn w modelu do 4:
Współczynnik sprawności układu wlewowego -
średni wlew, zalewanie z boku
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
1 2 3 4
kolumna
Wykres 9.Pomiar 9.
7
układu wlewowego
współczynnik sprawności
wlewowego
współczynnik sprawności układu
układu wlewowego
współczynnik sprawności
Współczynnik sprawności układu wlewowego -
duży zbiornik wlewowy, wysoki wlew główny z
komorą filtracyjną
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
1 2 3 4
kolumna
Wykres 10. Pomiar 10.
Współczynnik sprawności układu wlewowego -
duży zbiornik wlewowy, wysoki wlew główny z
dławikiem
0,60
0,40
0,20
0,00
1 2 3 4
kolumna
Wykres 11. Pomiar 11.
Współczynnik sprawności układu wlewowego - mały
zbiornik wlewowy, krótki wlew główny z dławikiem
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
1 2 3 4
kolumna
Wykres 12.Pomiar 12.
8
układu wlewowego
współczynnik sprawności
układu wlewowego
współczynnik sprawności
układu wlewowego
współczynnik sprawnosci
Zależnośd współczynnika sprawności układu
wlewowego od stosowania filtrów i dławików -
duży zbiornik wlewowy , wysoki wlew główny
1,2
1
0,8
bez filtra i dławika
0,6
komora filtracyjna
0,4
z filtrem siatkowym działającym
0,2
jako dławik
0
1 2 3 4 5
kolumna
Wykres 13. Zależnośd współczynnika sprawności układu wlewowego od zastosowania filtra lub dławika.
Zależnośd współczynnika sprawności od
stosowania dławika oraz miejsca zalewania -
mały zbiornik, krótki wlew
0,3
0,25
0,2
bez dławika - zalewanie na środku
0,15
bez dławika - zalewanie z boku
0,1
z dławikiem - zalewanie z boku
z dławikiem - zalewanie na środku
0,05
0
1 2 3 4 5
kolumna
Wykres 14. Zależnośd współczynnika sprawności układu wlewowego od zastosowania dławika oraz miejsca zalewania.
9
wsp. Sprawnosci ukł. wlewowego
wsp. sprawności układu
4. Wnioski
Na podstawie przeprowadzonego doświadczenia można wywnioskować, iż na wartość
współczynnika sprawności układu wlewowego ma duży wpływ wiele czynników. Miejsce
zamontowania wlewu głównego, jego wymiary, wielkość zbiornika wlewowego oraz
zastosowanie dławika, filtra . Na wykresach obserwujemy, jak zmienia się współczynnik
sprawności układu wlewowego w poszczególnych komorach (kolumnach) dla konkretnych
warunków przeprowadzania modelowania przepływu.
Z powyższych wykresów wynika, im wyższy wlew główny, tym wyższy współczynnik �,
nawet przy stosowaniu dławika lub filtra.
Najniższą wartośd współczynnika otrzymano dla pomiaru 7,gdzie zastosowano mały
zbiornik wlewowy, krótki wlew główny z dławikiem i zalewanie z boku. Jednocześnie wartośd
współczynnika sprawności dla tego przypadku rozkładała się równomiernie dla każdej z
rozpatrywanych komór.
Jak zaprezentowano na wykresach 13 i 14 bardzo duży wpływ na wielkośd � ma
zastosowanie dławików, filtrów. Ich instalacja znacznie obniża wartość współczynnika
sprawności układu wlewowego
Dzięki zastosowaniu filtrów ceramicznych(piankowych) uzyskać można szereg korzyści:
�� zwarty, krótki i bezpośredni układ wlewowy.
�� spokojny, laminarny przepływ metalu.
�� większa powierzchnia płyty dostępna do rozmieszczenia modeli.
�� dzięki wysokiej efektywności filtrowania, zdecydowana redukcja wtrąceń niemetalicznych
(zażużleń i zaprószeń z masy formierskiej).
�� podwyższenie własności tworzywa odlewów.
�� redukcja kosztów odlewania dzięki podwyższeniu uzysku co wynika z mniejszego układu
wlewowego i obniżki braków.
�� obniżka kosztów obróbki dzięki poprawie obrabialności, skróceniu czasu obróbki i
zmniejszeniu zużycia narzędzi skrawających
10