Akademia Górniczo – Hutnicza w Krakowie Wydział Odlewnictwa Wirtotechnologia	Dariusz Malinowski
Technologia form odlewniczych
Rok Akademicki 2013/14	Rok studiów II	Grupa: 2
Temat ćwiczenia: Modelowanie przepływów w układach wlewowych.
Data wykonania ćw.: 28.04.2014	Data oddania sprawozdania: 16.06.2014	Ocena:

1. Wstęp teoretyczny.

Układ wlewowy – zespół kanałów w formie odlewniczej umożliwiających spokojne, równomierne
i ciągłe doprowadzenie ciekłego metalu do wnęki formy z wymaganą prędkością, zatrzymanie płynących z metalem zanieczyszczeń oraz uzyskanie odpowiedniego rozkładu temperatury w odlewie
i w formie dla stworzenia warunków do prawidłowego krzepnięcia i stygnięcia odlewu.

Zadania poszczególnych elementów układu wlewowego:
- przelew – sygnalizuje koniec zalewania formy odlewniczej, odprowadza gazy z wnęki formy, wyprowadza z wnęki formy zimną czołówkę metalu z zanieczyszczeniami, zmniejsza siłę uderzenia metalu w górną część wnęki formy.
- zbiornik wlewowy (czaszowy); jego zadaniem jest spokojne wprowadzenie metalu do układu wlewowego formy odlewniczej oraz zatrzymanie części żużla i zanieczyszczeń,
- wlew główny – wprowadzenie metalu w głąb formy;
- belka odżużlająca (wlew rozprowadzający) – rozprowadzenie metalu w głębi formy i zatrzymanie zanieczyszczeń i żużla,
- wlew doprowadzający – wprowadzenie metalu bezpośrednio do wnęki formy,

Współczynnik sprawności układu wlewowego μ – wielkość, która charakteryzuje wszystkie opory powodujące straty energii w strumieniu przepływającego metalu przez kanały układu wlewowego, wnękę formy – nadlewy i przelewy.

$$\mu = \frac{1000 \cdot Q}{\rho \cdot \tau \cdot F_{d} \cdot \sqrt{2g \cdot (H_{0} - \frac{p^{2}}{2C})}}$$

Q - masa odlewu [kg]

ρ – gęstość zalewanego stopu [g/cm³]

τ – czas zalewania [s]

Fd – przekrój wlewu doprowadzającego [cm²]

g – przyśpieszenie ziemskie [cm/s²]

H0 – początkowe ciśnienie metalostatyczne [cm]

p – wysokość środka przekroju wlewu doprowadzającego do najwyższego punktu wnęki formy [cm]

C – całkowita wysokość wnęki formy w położeniu do zalewania [cm]

1. Schemat stanowiska pomiarowego:

1. Cel ćwiczenia:

Zbadanie wpływu oporu przepływu na współczynnik sprawności układu wlewowego
oraz analiza jego wartości w zależności od wymiaru wlewu doprowadzającego
i zastosowania filtrów.

Wykonanie ćwiczenia:
Wymiary poszczególnych elementów:

Wnęka formy: 5,5 cm x 6,5cm x 43cm

Wlew główny duży:
d=2,2 cm,
h=30 cm
Wlew główny mały:
d=2,2 cm,
h=19,5 cm
Zbiornik wlewowy duży (stożek):
d=15cm,
h=16,5 cm
Zbiornik wlewowy mały(stożek):
d=10 cm,
h=7,5 cm
Wlew doprowadzający:
a=1,6 cm,
b=0,8 cm,
c=20 cm
Belka wlewowa:
a=2 cm,
b=2 cm,
c=40 cm

Tabela pomiarów czasu zapełniania:

Wlew główny	Zbiornik wlewowy	Filtr	Czas zapełniania [s]
			T1
Duży	Duży	-	7,06
Duży	Mały	-	18,8
Mały	Duży	-	11
Mały	Mały	-	28,8
Duży	Duży	Siatkowy	16,5
Duży	Mały	Siatkowy	24,6
Duży	Duży	Piankowy	13,2
Duży	Mały	Piankowy	23,9
Mały	Duży	Piankowy	39,7
Mały	Mały	Piankowy	70,2

Obliczenie początkowego i średniego ciśnienia metalostatycznego Ho i Hśr:

Rodzaj wlewu i zbiornika	H0 [cm]	Hśr [cm]
Wlew duży / Zbiornik duży	46.5	37.384
Wlew duży/ Zbiornik mały	37.5	28.384
Wlew mały/ Zbiornik duży	36	26.884
Wlew mały/ Zbiornik mały	27	17.884

Przykładowe obliczenia:
wlew duży, zbiornik duży:
Ho=h(wlewu dużego)+h(zbiornika małego)=30+7,5=37,5 [cm]
Hśr=Ho-(p²/2c)=46,5-(28²/2*43)=46,5-9,116=37,384[cm]

Masę surowego odlewu obliczamy z poniższego wzoru:

$$Q = {\lbrack\frac{1}{5}(V}_{\text{ZW}} + V_{\text{WG}} + V_{\text{BW}}) + V_{\text{WD}} + V_{K}\rbrack \bullet \delta$$

gdzie :
V_ZW-objętość zbiornika wlewowego,
V_WG – objętość wlewu głównego,
V_BW – objętość belki wlewowej,
V_WD – objętość wlewu doprowadzającego,
V_K – objętość komory,

δ = 1g/cm³ - gęstość wody.

Objętości poszczególnych elementów układu wlewowego:

Wnęka formy: 5,5* 6,5*43= 1537 cm³
Wlew główny: πr²*h
Duży= 3,14* 1,1^2* 30= 114 cm³
Mały= 3,14* 1,1^2* 19,5= 74 cm³
Zbiornik wlewowy:$\ \frac{\mathbf{1}}{\mathbf{\ 3}}$* πr²*h
Duży: $\frac{1}{3}*3,14*{7,5}^{2}*16,5 = 971$ cm³

Mały: $\frac{1}{3}*3,14*5^{2}*7,5 = 196$ cm³

Belka wlewowa: 2 *2 * 40 = 160 cm³
Wlew doprowadzający: 1,6 * 0,8 * 20= 26 cm³

Objętości elementów układu	[cm^3]
Wnęka formy	1537
Wlew główny duży	114
Wlew główny mały	74
Zbiornik duży	971
Zbiornik mały	196
Belka wlewowa	160
Wlew doprowadzający	26

Rodzaj wlewu i zbiornika	Q [kg]
Wlew gł. Duży, zbiornik duży	1,812
Wlew gł. Duży, zbiornik mały	1,675
Wlew gł. Mały, zbiornik duży	1,804
Wlew gł. Mały, zbiornik mały	1,649

Tabela z wartościami współczynnika sprawności µ:

Wlew główny	Zbiornik Wlewowy	Filtr	Współczynnik sprawności µ
			µ 1
Duży	Duży	----	0,74
Duży	Mały	----	0,292
Mały	Duży	----	0,558
Mały	Mały	----	0,239
Duży	Duży	Siatkowy	0,317
Duży	Mały	Siatkowy	0,223
Duży	Duży	Piankowy	0,396
Duży	Mały	Piankowy	0,229
Mały	Duży	Piankowy	0,155
Mały	Mały	Piankowy	0,095

1. Wykresy:
   Zależność wartości współczynnika sprawności w zależności od wielkości wlewu głównego dla zbiornika dużego :

Zależność wartości współczynnika sprawności w zależności od filtru dla wlewu głównego dużego
i zbiornika dużego :

1. Wnioski:

Zarówno rodzaj stosowanego filtru jak i wielkość zbiornika wlewowego ma znaczy wpływ na prędkość zalewania. Dla wlewu małego oraz filtru piankowego mogliśmy zaobserwowaliśmy krótszy czas zalewania, niż w przypadku wlewu dużego i filtru siatkowego. Patrząc na tabele z wynikami możemy zauważyć również, że obecność filtra spowalnia proces zalewania. Początkowe i średnie ciśnienie metalostatyczne miało największą wartość dla wlewu dużego i zbiornika dużego, najmniejszą zaś dla wlewu małego i zbiornika małego.
Z wykresów przygotowanych przeze mnie zauważam, że w przypadku zbiornika małego większą wartość współczynnika sprawności uzyskujemy dla wlewu głównego małego, niż dla wlewu głównego dużego. W przypadku drugiego wykresu z wlewem głównym dużym i zbiornikiem dużym współczynnik sprawności osiąga większą wartość dla filtru piankowego a mniejszą dla filtru siatkowego.
Na podstawie wyżej wymienionych wniosków można stwierdzić, że proces zalewania formy ciekłym metalem możemy prowadzić na różne sposoby, w zależności od tego, jakie parametry dobierzemy.