Práticas de Fundição
Calor de Fusão
H = ρ V [c s (T f − T i ) + H f + cl (T esc H
=
−
T f )]
calor [ J ]
ρ =densidade [ kg / m
3
]
V =volume [ m3 ] c =calor específico (s = sólido ,l =líquido) [ J / kgK ] H f =calor latente de fusão [ J / kg ]
1
Nº Reynolds
Re =
ρ vd µ
ρ =densidade [ kg / m
3
]
V =velocidade [ m / s] d =diâmetro [ m] µ =viscosidad e [Pa. s =kg / sm]
Re < 2000 escoamento laminar Re > 20000 escoamento turbulento
Equação Bernoulli 2
P1 + P
=
ρ v 1
2
2
gh1 = P2 +
+ ρ
ρ v 2
2
gh2 + f
+ ρ
pressão
ρ =densidade
v =velocidade h =altura g =gravidade f = perdas por atrito
2
Equação Continuidade
#1 = #2 #
⇔
!1v 1 = !2v 2
3
flu"o [m / s]
=
! =rea [m2 ] v =velocidade [m / s]
Fluído incompressível (e sistema com paredes impermeáveis) o fluxo volumétrico é constante
Regra de Chvorinov
V t s = + m ! t s
=
n
tempo de solidifica,ão 's&
+ m =constante do molde 's*m $ & )determinada e"periment almente( V =Volume 'm - & ! =rea'm $ & n=e"poente com valor típico de $
3
Regra de Chvorinov
• A constante do molde C m depende de: – Material do molde (permeabilidade, etc.) – Propriedades térmicas do metal – Relação de Temperatura de vazamento vs Temperatura de Fusão
• Valores para C m para uma determinada operação são baseadas em dados experimentais de operações prévias utilizando o mesmo material do molde, metal, temperatura de vazamento, e variando a forma do componente a obter.
Regra de Chvorinov
• Um componente com maior rácio Volume/Área (“M=casting Modulus”) arrefece e solidifica: – Para alimentar metal para a cavidade principal, a temperatura de solidificação do alimentador deve ser mais baixa do que do componente principal
• Uma vez que a constante do molde é igual para o componente principal e para o alimentador, o projecto deste último deve ser com base na relação do módulo do alimentador em comparação com o do componente principal de forma a compensar a contracção durante o processo de solidificação.
.alim
=
1.2.comp
4
Exercício 1
Calcular o tempo necessário para aumentar a temperatura de 120kg de um lingote de lum!nio de 20"C para #0 "C acima da sua temperatura de $us%o utili&ando um $orno de 20 k' ue tem uma e$icincia de *#+ ρ =
2*00 kg / m
3
T f =-00 + o
cl =1.0# kJ / kgK H f =3- kJ / kg
c s =0. kJ / kgK
Exercício 2
etermine a geometria (rela%o de área) de um ito de $orma a ue n%o aa aspira%o de ar (a press%o nunca deerá ser in$erior press%o atmos$4rica) ssumindo uma altura do ito de 20 cm, uma área da sua 5ase de 2.# cm2 e um olume da caidade do molde de 1#-0 cm3, calcule6 78elocidade na 5ase do ito 7Caudal na 5ase do ito 79empo de encimento do molde
5
Exercício 2
:acia de a&amento ;ito 1 < =uper$!cie lire do metal 2 > =uper$!cie superior do escoamento 3 > =uper$!cie in$erior do escoamento
Exercício 3
etermine uma e?press%o para o tempo de encimento da seguinte con$igura%o6
6
Exercício 4
=upona ue pretende reali&ar um a&amento de ao no seguinte molde. Calcular o di@metro do canal de entrada sa5endo ue a altura do ito de alimenta%o 4 de #2 mm e o di@metro da sua 5ase 4 de # mm d canal entrada??
ρ =
*A-0 kg / m
3
µ tempva0aemto =2.2# " 10
−
3
2
/s / m
Exercício 5
Pretende-se obter um componente fundido em forma de disco de Al. O seu diâmetro é de 500 mm e a sua espessura é de 20 mm. Se a constante do molde for igual a 2.0 s/mm2, calcular o tempo de solidificação do componente.
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Exercício 6
Foram realizados alguns ensaios, utilizando um determinado tipo de liga para vazamento e tipo de areia para o respectivo molde, concluindo-se que para uma geometria cúbica o tempo de solidificação foi de 155 s. A aresta do cubo foi de 50 mm. Determine: a) A Constante do molde C m b) Utilizando a mesma liga e o mesmo tipo de molde, o tempo total de solidificação para uma geometria fundida cilíndrica a qual tem um diâmetro de 30 mm e um comprimento de 50 mm
Exercício 7
Pretende-se comparar o tempo total de solidificação de 3 componentes: uma esfera, um cilindro ( L/D=1) e um cubo. O volume dos 3 componentes é igual a 1000 cm3. A liga para vazamento é igual nas 3 situações. a) Determine o tempo de solidificação relativo para cada geometria b) Qual das geometria seria mais eficiente para funcionar como alimentador c) Se a constante do molde é de 3.5 min/cm2, calcule o tempo total de solidificação para cada componente
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Exercício 8
Pretende-se projectar um alimentador cilíndrico para um molde em areia. O seu comprimento deverá ser 1.25xD . O componente a obter é uma placa quadrada com aresta igual a 250 mm e espessura 19 mm. O material do componente é Ferro Fundido e a constante do molde, Cm, é de 2.48 min/cm2, determine as dimensões do alimentador de forma solidificar 30% mais tarde que o componente.
Exercício 9
Na fundição de um componente de aço, a constante do molde é de 4.0 mim/cm2. O componente é uma placa com comprimento de 30 cm, largura de 10 cm e espessura de 20. Determinar o tempo de solidificação.
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Exercício 10
Um componente com geometria cilíndrica obtido por fundição tem um diâmetro de 100 mm e massa de 9 kg. Este componente tem um tempo total de solidificação de 6 min. Pretende-se obter um segundo componente de geometria cilíndrica, com a mesma relação D/L, uma massa de 5,4 kg, do mesmo material ( ρ=7.87 g/cm3) e utilizando o mesmo tipo de molde e a mesma temperatura de vazamento do primeiro. Calcule: a. b. c.
A constante to molde Cm Dimensões do segundo componente Tempo total de solidificação do segundo componente
Exercício 11
Dimensione um alimentador adequado para o componente abaixo (alavanca de mudanças) de uma bicicleta. O volume do componente é de 15.65 cm3 e área de 44.5 cm2.
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