visitantes
 


TARIFAS PUBLICIDAD

490
Euros
página entera a color

290 Euros 1/2 página a color y 1/4 página a color


revistas@metalspain.com

MINIMIZADO DEL AIRE INCORPORADO EN EL METAL EN LA CÁMARA DE INYECCIÓN DURANTE LA PRIMERA ETAPA EN UN PROCESO HPDC.

Autor: Michael Barkhudarov, Vicepresidente de I+D de FlowScience Inc. / FLOW-3D®
Traducción: SIMULACIONES Y PROYECTOS SL


La velocidad del émbolo en una cámara de inyección debe controlarse de forma cuidadosa para evitar la entrada innecesaria de aire en el metal y al mismo tiempo minimizar las pérdidas de calor. Si el émbolo se mueve demasiado deprisa, se crean grandes olas sobre la superficie del metal líquido que pueden romper y facilitar la entrada de aire en el metal, el cual será transportado al interior de la cavidad del molde. Por otro lado, un émbolo moviéndose demasiado despacio genera olas que rebotan en el fondo de la cámara. Las olas reflejadas evitan la correcta expulsión del aire de la cavidad. En cualquiera de los casos, el resultado final es la excesiva porosidad en el fundido final.
En este artículo se deriva una solución general para la velocidad del émbolo como una función del tiempo que permite a los ingenieros controlar de forma precisa el comportamiento del metal en la cámara durante la etapa lenta de inyección (primera etapa), minimizando el riesgo de entrada de aire.

 

MODELO MATEMÁTICO

La dinámica de las olas en una cámara horizontal puede ser analizada mediante una analogía de flujo en canal abierto. Para una ola superficial viajando a lo largo de una superficie libre debido a la gravedad "g", la velocidad de la ola, "c0" viene dada por la siguiente expresión.

(1)

Las fotos se pueden ver en la revista impresa, o en el PDF de la revista en http://www.metalspain.com/fundidores-abril2011.htm

 

Se hace notar que la velocidad de la ola es independiente de las propiedades del metal

 

Figura 1. Representación esquemática de la propagación de la ola superficial cuando el émbolo se mueve lentamente (superior) y el resalto hidráulico que se forma más allá de émbolo moviéndose de forma rápida.

Según el émbolo se acelera, primero alcanza, y luego sobrepasa las olas creadas por dicho émbolo durante la primera fase. Como resultado, el metal sube hasta la parte superior del émbolo, creando una condición de flujo que se denomina resalto hidráulico en la cual el flujo experimenta una transición clara de un régimen relativamente lento y laminar aguas abajo a un flujo rápido y turbulento detrás del resalto (Fig. 1). La velocidad de este frente, D, puede estimarse mediante un balance de masa según la siguiente expresión

 

(2)

Donde Up es la velocidad del émbolo y _ es la fracción de llenado de la cámara más allá del frente [Garber, 1982]. La Eq. (2) muestra que el resalto hidráulico siempre se mueve más rápido que el émbolo y que esta velocidad es también independiente de las propiedades del metal.

Un análisis más detallado puede realizarse modelando el flujo del metal en una cámara de inyección rectangular de una longitud L y una altura H usando la aproximación de agua superficial [Lopes et al, 2000]. El flujo se modela en dos dimensiones, en donde el eje x representa la dirección del movimiento del émbolo, y el eje z apunta hacia arriba. Si se prescinde de las fuerzas viscosas, entonces el flujo tiene solamente una componente de velocidad, u, a lo largo de la longitud de la cámara. La presión en todos los puntos del fluido es por tanto hidrostática.

 

(3)

 

Donde h(x,t), es la altura del fluido en el punto x y en el instante t, según se muestra en la Fig. 2.

 

 

Figura 2. Representación esquemática del flujo en una cámara de inyección y el sistema de coordenadas.

La velocidad del émbolo en la dirección x viene dada por dX/dt = X´(t), donde X(t) define la posición del émbolo en un instante t>0 sobre la superficie en movimiento del émbolo. Conforme el émbolo se desplaza a lo largo de la longitud de la cámara envía olas que viajan sobre la superficie del metal. Cada ola está asociada con un pequeño segmento de la superficie libre del metal y la columna de metal directamente bajo la misma (Fig. 2). La localización, velocidad del metal y profundidad en una ola que se separa de la superficie del émbolo en el tiempo t=tp viene dada por [Lopes et al. 2000]

(4)

 

ACELERACIÓN DEL ÉMBOLO

De acuerdo con la Eq. (4), la velocidad del metal, u, y la profundidad, h, en cada ola son constantes y dependen únicamente del tiempo sobre la separación del émbolo, tp. Ambos aumentan con la velocidad del émbolo X´. Por lo tanto, la primera conclusión es que para mantener una pendiente monotónica en la superficie del metal en la dirección más alejada del émbolo, esta última no debe decelerar, o lo que es lo mismo:

(5)

Si esta condición no se satisface, entonces existirán olas en ambas direcciones según se muestra en la Fig. (1). Cuando éstas se reflejan en el final de la cámara y vuelven de nuevo hacia el émbolo, se crean condiciones desfavorables para la evacuación del aire de la cámara y del interior de la cavidad.

 

CONTROLANDO LAS OLAS

Una vez que la ola se desacopla del émbolo en el tiempo t=tp , ésta viaja a una velocidad constante dada por

(6)

De acuerdo con la Eq. (6), cuando el émbolo está acelerando, cada ola sucesiva se mueve más rápido que las olas generadas previamente. Esto conllevará a un escalonado de la pendiente de la superficie del fluido según las olas avanzan en el canal pudiendo provocar ruptura en la ola.

 

Figura. 3. La ilustración para el cálculo de la pendiente de la superficie libre del metal.

 

La pendiente de la ola, definida en la Fig. 3, es una función de la velocidad del émbolo en el instante de la generación de la ola, t=tp , y en el instante t es [Reikher y Barkhudarov 2008]:

(7)

 

Es interesante indicar que si el émbolo se mueve a una velocidad constante, por ejemplo X" (tp) = 0, entonces la parte derecha de la Eq. (7) es cero y la pendiente de la superficie libre es horizontal.

Si el émbolo acelera, entonces el denominador de la parte derecha de la Eq. (7) disminuye y la pendiente aumenta con el tiempo. Cuando el denominador alcanza el valor de cero, la pendiente es totalmente vertical. La máxima pendiente en una ola _max , se alcanza cuando la ola alcanza el final el final de la cámara de inyección en el instante t=tL. Este instante puede calcularse mediante la velocidad constante de la ola y la distancia que tiene que recorrer desde el punto de su creación en la superficie del émbolo hasta el final de la cámara en x=L

(8)

 

Reemplazando t en la Eq. (7) con tL y reordenando términos se llega a una ecuación para la aceleración del émbolo en función de la máxima pendiente de la ola _max a lo largo de la longitud de la cámara de empuje:

(9)

La Eq. (9) puede usarse para calcular la velocidad del émbolo como función del tiempo que mantiene una determinada pendiente del metal durante la primera fase de inyección. Por ejemplo, si _max se establece igual a 10º, entonces el movimiento del émbolo dado por la Eq. (9) asegura que no se excede una pendiente de 10º en ningún lugar en ningún momento durante el movimiento del émbolo. Se hace notar que la velocidad del émbolo dada por la Eq. (9) es solamente función de la cantidad inicial de metal, h0, y de la longitud de la cámara, L, y no de las propiedades del metal.

La Eq. (9) puede emplearse para obtener la pendiente _min de la superficie del metal a la derecha del émbolo simplemente haciendo que t=tp :

(10)

 

La Eq. (10) nos da la pendiente superficial inicial para una ola que se separa del émbolo en el instante t=tp ; es una función solamente de la aceleración y no de su posición ni incluso de su velocidad. Según la ola se propaga a lo largo de la longitud del canal ésta aumenta su pendiente alcanzando su valor máximo _max , al final de la cámara en x = L, dado por la Eq. (9).

Las Ecuaciones (5) y (9) dan el rango de valores aceptables para la aceleración del émbolo durante la primera fase de inyección lenta.

(11)

Se alcanzan dos objetivos cuando la aceleración del émbolo se mantiene dentro de estos valores. Primeramente, la pendiente de la superficie del metal se dirige lejos del émbolo y hacia el lado opuesto del cilindro de inyección, ayudando a dirigir el aire desde la cámara hacia la alimentación. Asimismo, la pendiente no excederá el ángulo definido por _max en ningún momento durante el la primera fase de empuje lento, evitando que la ola rompa y por lo tanto la entrada de aire en el metal.

RESULTADOS

La Fig. 4 muestra soluciones numéricas de la Eq. (9) para la posición del émbolo, X(t), aceleración X"(t), y velocidad X´(t) (esta última se muestra como una función tanto del tiempo como de la distancia a lo largo de la cámara de empuje) para varios valores de _max . La integración se realizó para una cámara de empuje de L=0,7 m y una altura de H=0,1 m y una fracción de llenado inicial del 40% (h0 = 0,04 m)

Según se esperaba, el movimiento del émbolo es más lento para valores menores de _max. El tiempo que tarda el émbolo para alcanzar el final de la cámara de empuje es de 1,66 segundos para el caso más conservador considerado (_max = 50º), mientras que para _max = 90º, el tiempo empleado es de 0,83 segundos. Sin embargo, estos tiempos serán mayores si existe una restricción a la velocidad máxima del émbolo para que no exceda la velocidad crítica a la cual la superficie del metal alcanza el techo del canal h=H [Garber, 1982].

(12)

y se muestra en la Fig. 4 mediante la línea horizontal a trazos. Para los parámetros seleccionados de la cámara de inyección X´cr = 0,73 m/s. Incluso para _max = 5º, la velocidad del émbolo alcanza el valor crítico después de que se haya movido por encima del 60% de la longitud de la cámara en el instante tc = 1,35 seg.
Para superficies del metal con más pendiente la velocidad crítica se alcanza en tiempos menores, por ejemplo, para _max = 90º tc = 0,58 seg. y la posición del émbolo es del 22% de L.

Cuando el émbolo alcanza la velocidad crítica, la superficie del metal entra en contacto con el techo de la cámara. Por encima de este punto, la teoría de agua superficial empleada aquí deja de tener validez. Puede discutirse que si el émbolo continúa acelerando, entonces el potencial de que la ola rompa aumenta dado que en ese caso toda la energía del fluido se redirigiría hacia las paredes y techo de la cámara. Se recomienda usualmente limitar la velocidad del émbolo dentro del valor crítico en la primera fase de inyección lenta.


Figura 4

Figura 5

 

 


Figura 6

 

Este artículo fue originalmente publicado en Die Casting Engineer Vol. 53 No. 3, May 2009 (www.diecastingengineer.org)."

 


Para más informaciones SUCRIBIR ON LINE
 
   
   
   
   

FUNDIDORES FUNDICION COLADA FUSION MOLDEO HORNOS DIE CASTING fundicion fundidores colada fusion moldeo hornos Dossier CALIDAD.
Dossier MOLDEO
Fundición a presión. Moldes. Productos para fundición inyectada.
Hornos para fundición de aluminio y aleaciones ligeras. Refractarios..
Tratamientos superficiales. Granallado. Granallas. Shot Peening. Limpieza, hidrolimpiadores. Montaje, carga y descarga.
Instrumentos de control y medición.

OCTUBRE FUNDIDORES 152
Fundición a presión. Moldes. Productos para fundición inyectada. Hornos eléctricos. Inducción. Hornos para fundición de aluminio y aleaciones ligeras. Regeneración de arenas. Medio ambiente. Aceros para herramientas.
Aluminio. Refractarios.
Instrumentos de control y medición.
CAD CAM

NOVIEMBRE FUNDIDORES 153
N° especial Hornos para fundición de metales férreos y no férreos. Hornos de fusión y de mantenimiento. Crisoles, flujos,
refractarios, reguladores de temperatura. Software,
CAD/CAM.
Moldeo. Arenas y su preparación. Aglomerantes. Resinas endurecedoras. Bentonitas. Machos, modelos. Equipos e instrumentos de medición y control. Calidad. Metrología.
Microscopía. Espectrómetros. Dispositivos ópticos.
Refractarios. Aislantes. Quemadores. Calentadores.
Metales y aleaciones.

DICIEMBRE FUNDIDORES 154
Hornos para fundición de aluminio y aleaciones ligeras.
Tratamientos superficiales. Granallado. Granallas. Shot Peening. Limpieza, hidrolimpiadores. Montaje, carga y descarga.
Instrumentos de control y medición. Reguladores.
Refractarios.
Moldes. Productos para fundición inyectada

 

Temarios 2009

FEBRERO 2009 FUNDIDORES 155
Hornos para fundición de aluminio y aleaciones ligeras. Refractarios.
Tratamientos superficiales. Granallado. Granallas. Shot Peening. Limpieza, hidrolimpiadores.
Robots. Montaje, carga y descarga.
Instrumentos de control y medición. Reguladores.
Dossier : Fundición a presión. Moldes. Productos para fundición inyectada

MARZO 2009 FUNDIDORES 156
N° Especial PROVEEDORES.
Moldeo. Arenas y su preparación. Aglomerantes. Resinas endurecedoras. Bentonitas. Machos, modelos.
Enfriadores. Desmoldeantes.
Hornos para fundición de metales férreos y no férreos.
Software, CAD-CAM. Transporte neumático. Granallado.Refractarios.
Metales y aleaciones.
N° exportación a HISPANOAMÉRICA.

ABRIL 2009 FUNDIDORES 157
Dossier CALIDAD
Hornos para fundición de aluminio y aleaciones ligeras. Aglomerantes. Instrumentos de control y medición.
Espectrómetros. Reguladores. Automatización. Software de control para hornos. Fuentes de energía.
Tratamientos superficiales. Granallado. Granallas. Shot Peening. Limpieza, hidrolimpiadores.
Fundición a presión. Moldes. Productos para fundición inyectada. CAD CAM. Robots en fundición.
Feria de Hannover.

MAYO 2009 FUNDIDORES 158
Hornos para fundición y mlantenimiento de metales férreos y no férreos
Moldeo. Arenas. Aglomerantes. Resinas. Bentonitas.
Tratamientos superficiales. Granallado. Granallas. Shot Peening. Limpieza.
Instrumentos de control y medición. Reguladores. Refractarios. Moldes. Productos para fundición inyectada.
Software, CAD-CAM

JUNIO 2009 FUNDIDORES 159
Granallado. Granallas. Shot Peening. Tratamiento de superficies. Abrasivos. Muelas. Acabado. Rebarbado.
Fundición a presión. Moldes. Productos para fundición inyectada.
Fusion. Fluidos, aceite. Gases y atmósferas para Hornos.
Moldeo. Arenas.
Calidad : Robots.
Instrumentos de control y medición.
SEPTIEMBRE 2009 FUNDIDORES 160
FERIA DE BILBAO : SUBCONTRATACION ? TRANSMET
Moldeo. Arenas. Aglomerantes. Resinas. Bentonitas.
Hornos para fundición de aluminio y aleaciones ligeras.
Tratamientos superficiales. Granallado. Granallas. Shot Peening. Limpieza, hidrolimpiadores.
Montaje, carga y descarga.
Instrumentos de control y medición.
Software, CAD-CAM.
Reguladores. Refractarios.
Fundición a presión. Moldes. Robots. Equipos y Productos para fundición inyectada.

OCTUBRE 2009 FUNDIDORES 161
Hornos para fundición y mantenimiento de metales férreos y no férreos. Hornos eléctricos. Inducción
Fundición a presión. : las ultimas técnicas inovadoras.
Productos para fundición inyectada..
Regeneración de arenas. Medio ambiente.
Aceros para herramientas. Aluminio. Refractarios. Instrumentos de control y medición.

NOVIEMBRE 2009 FUNDIDORES 162
N° especial Moldeo. Arenas. Aglomerantes. Resinas. Bentonitas.
Hornos para fundición de metales férreos y no férreos. Hornos de fusión y de mantenimiento. Crisoles, flujos,
refractarios, reguladores de temperatura. Software, CAD/CAM. Robots.
Equipos e instrumentos de medición y control. Calidad. Metrología. Microscopía. Espectrómetros. Dispositivos
ópticos. Refractarios. Aislantes. Quemadores. Calentadores. Metales y aleaciones.

DICIEMBRE2009 FUNDIDORES 163
Hornos para fundición de aluminio y aleaciones ligeras.
Tratamientos superficiales. Granallado. Granallas. Shot Peening. Limpieza, hidrolimpiadores. Montaje, carga y
descarga.
Instrumentos de control y medición. Reguladores. Refractarios.
Fundición a presión. Equipos y Productos para fundición inyectada

Aluminium and non-ferrous Metals Melting and holding Furnaces
Dossier CONTROL
Dossier MOLDING
Die Casting machines and equipments. Lubrificants.
Moulds.
Shot-blasting and shot-peening.Abrasives.

OCTOBER 2008 Edition 152
Die Casting machines and equipments. Lubrificants.
Moulds.
Electric Furnaces, Induction melting,
Aluminium and non-ferrous Metals
Melting and holding Furnaces. Refractories.
Regenerating of moulding sands, environment, .
Measuring tool. Control.

NOVEMBER 2008 Edition 153
Special Edition Ferrous and ferrous Metals
Melting and holding Furnaces
Moulding equipments and process. Core room. Core box. Pattern. Cooling agent mould lifting.
Die Casting machines and equipments. Lubrificants.
Software, CAD-CAM.
Surface Treatments. Shot-blasting and shot-peening Abrasives.
Regenerating of moulding sands,environment, emissions
monitoring, residual materials processing, filters, dryer, temperature measuring instrument,
Environment Laboratory test. Quality inspection.
Spectrometric analysis. Burners. Metals and alloys.

DECEMBER 2008 Edition 154
Aluminium and non-ferrous Metals Melting and holding Furnaces
Shot-blasting and shot-peening.Abrasives.
Control and testing. Refractories.
Die Casting machines and equipments. Lubrificants.

 

EDITORIALS 2009

 

FEBRUARY 2009 ? FUNDIDORES Edition 155
Melting and holding furnaces. Refractories, resistances, burners.
Die Casting Providers
Surface Treatments. Shot-blasting and shot-peening
Abrasives.Regenerating of moulding
Crucibles, flux, refractories, temperature monitoring, pyrometer rod, industrial gazes, Refractories, resistances, burners.
Moulding equipments and process. Core room. Core box. Pattern. Cooling agent mould lifting.
Sands,environment, emissions monitoring, residual materials processing, filters,dryer,
Die Casting machines and equipments. Lubrificants.
Software, CAD-CAM.
Temperature measuring instrument, Metrology and measuring tool.Control. Spectometers, welding.

MARCH 2009 ? FUNDIDORES Edition 156
Special Edition SUPPLIERS.

MOULDING equipments and process. Core room. Core box. Pattern. Cooling agent mould lifting.
DIE CASTING
FURNACES
Refractories, resistances, burners.
Shot-blasting and shot-peening.Abrasives.
Ferrous and ferrous Metals Melting and holding Furnaces Software, CAD-CAM
Refractories. Metals and alloys
Metrology and Measuring tool. Control, Spectometers, Software, Welding.
Special Edition EXPORT LATIN AMÉRICA.

APRIL 2009 ? FUNDIDORES Edition 157
Special Edition QUALITY.
FURNACES, MOULDS,
Shot-blasting and shot-peening.Abrasives.
Ferrous and ferrous Metals Melting and holding Furnaces Software, CAD-CAM
Refractories. Metals and alloys
Metrology and Measuring tool. Control, Spectometers, Software, Welding.
HANNOVER FAIR

MAY 2009 - FUNDIDORES Edition 158
Aluminium and non-ferrous Metals Melting and holding Furnaces, Refractories.
Shot-blasting and shot-peening.Abrasives.
Control and testing.
Die Casting machines and equipments. Lubrificants.Moulds.
Software CAD CAM.
JUNE 2009 - FUNDIDORES Edition 159
Die Casting machines and equipments. Lubrificants.
Ferrous and ferrous Metals Melting and holding Furnaces.
Shot-blasting and shot-peening.Abrasives.
Moulding. Sand.
Measuring tool. Control
Industrial gazes
.
SEPTEMBER 2009 ? FUNDIDORES
Edition 160
BILBAO SUBCONTRATING FAIR. SUBCONTRATACION, TRANSMET
MOLDING TECHNIQUES,
FURNACES . : Aluminium and non-ferrous Metals Melting and holding Furnaces
Refractories, resistances, burners.
Shot-blasting and shot-peening.Abrasives.
Control and testing. Refractories.
CAD CAM

OCTOBER 2009- FUNDIDORES Edition 161
Die Casting machines and equipments. Lubrificants. Moulds.
Gaz and Electric Furnaces, Induction melting, Aluminium and non-ferrous Metals Melting and holding
Furnaces. Refractories.
Regenerating of moulding sands, environment, .
Measuring tool. Control.

NOVEMBER- FUNDIDORES Edition 162
Special Edition Ferrous and ferrous Metals
Melting and holding Furnaces
Moulding equipments and process. Core room. Core box. Pattern. Cooling agent mould lifting.
Die Casting machines and equipments. Lubrificants.
Software, CAD-CAM.
Surface Treatments. Shot-blasting and shot-peening Abrasives.
Regenerating of moulding sands,environment, emissions
monitoring, residual materials processing, filters, dryer, temperature measuring instrument,
Environment Laboratory test. Quality inspection.
Spectrometric analysis. Burners. Metals and alloys.

DECEMBER FUNDIDORES Edition 163
Aluminium and non-ferrous Metals Melting and holding Furnaces
Surface Treatments.
Shot-blasting and shot-peening.Abrasives.
Control and testing. Refractories.
Die Casting machines and equipments. Lubrificants.

 


 

 

 

MOLDES FUNDICION FUNDIDORES TRATAMIENTOS TERMICOS DECOLETAJE TRATAMIENTOS DE SUPERFICIE DIE CASTING FUNDICION A PRESION MOLDES FUNDICION FUNDIDORES TRATAMIENTOS TERMICOS DECOLETAJE TRATAMIENTOS DE SUPERFICIE DIE CASTING FUNDICION A PRESION MOLDES FUNDICION FUNDIDORES TRATAMIENTOS TERMICOS DECOLETAJE TRATAMIENTOS DE SUPERFICIE DIE CASTING FUNDICION A PRESION MOLDES FUNDICION FUNDIDORES TRATAMIENTOS TERMICOS DECOLETAJE TRATAMIENTOS DE SUPERFICIE DIE CASTING FUNDICION A PRESION MOLDES FUNDICION FUNDIDORES TRATAMIENTOS TERMICOS DECOLETAJE TRATAMIENTOS DE SUPERFICIE DIE CASTING FUNDICION A PRESION MOLDES FUNDICION FUNDIDORES TRATAMIENTOS TERMICOS DECOLETAJE TRATAMIENTOS DE SUPERFICIE DIE CASTING FUNDICION A PRESION MOLDES FUNDICION FUNDIDORES TRATAMIENTOS TERMICOS DECOLETAJE TRATAMIENTOS DE SUPERFICIE DIE CASTING FUNDICION A PRESION MOLDES FUNDICION FUNDIDORES TRATAMIENTOS TERMICOS DECOLETAJE TRATAMIENTOS DE SUPERFICIE DIE CASTING FUNDICION A PRESION MOLDES FUNDICION FUNDIDORES TRATAMIENTOS TERMICOS DECOLETAJE TRATAMIENTOS DE SUPERFICIE DIE CASTING FUNDICION A PRESION MOLDES FUNDICION FUNDIDORES TRATAMIENTOS TERMICOS DECOLETAJE TRATAMIENTOS DE SUPERFICIE DIE CASTING FUNDICION A PRESION V MOLDES FUNDICION FUNDIDORES TRATAMIENTOS TERMICOS DECOLETAJE TRATAMIENTOS DE SUPERFICIE DIE CASTING FUNDICION A PRESION MOLDES FUNDICION FUNDIDORES TRATAMIENTOS TERMICOS DECOLETAJE TRATAMIENTOS DE SUPERFICIE DIE CASTING FUNDICION A PRESION MOLDES FUNDICION FUNDIDORES TRATAMIENTOS TERMICOS DECOLETAJE TRATAMIENTOS DE SUPERFICIE DIE CASTING FUNDICION A PRESION MOLDES FUNDICION FUNDIDORES TRATAMIENTOS TERMICOS DECOLETAJE TRATAMIENTOS DE SUPERFICIE DIE CASTING FUNDICION A PRESION MOLDES FUNDICION FUNDIDORES TRATAMIENTOS TERMICOS DECOLETAJE TRATAMIENTOS DE SUPERFICIE DIE CASTING FUNDICION A PRESION