ゲートシステムの設計|キャスティング|製造科学
次の記事では、金属の鋳造に使用されるゲートシステムの設計方法について説明します。
ゲートシステムの設計：
ゲートシステムの設計は、金属と金型の両方の組成に依存します。たとえば、アルミニウムなどの低融点の容易に酸化される金属のドロス（酸化物など）を回避するために、精巧なゲート設計が必要です。
ただし、鋳鉄の場合、高い注入温度を避けるために、液体金属の短いパスが選択されます。セラミック金型のゲート設計は、浸透性砂型に通常使用されるものとはかなり異なります。 大まかに言って、ゲーティングデザインは、（i）垂直ゲーティング、（ii）ボトムゲーティング、（iii）水平ゲーティングの3つのカテゴリに分類できます。
垂直ゲーティングでは、液体金属を垂直に注ぎ、金型をベースで大気圧で満たします。 一方、ボトムゲーティングでは、液体金属が下から上に金型に充填されるため、垂直ゲーティングに関連する飛沫や酸化が回避されます。図2.6は、単純な垂直ゲートと下部ゲートの設計を示しています。水平ゲートシステムでは、乱流を最小限に抑えて液体金属をより適切に分散させるために、追加の水平部分が導入されています。
流体の流れの原理に基づく単純な計算は、型を埋めるのにかかる時間の見積もりにつながる可能性があります。これを図2.6の2つの設計について説明します。単位質量流量に基づく統合エネルギーバランス方程式（より一般的にはベルヌーイの方程式として知られています）が使用されます。たとえば、図2.6aでは、ポイント1と3の圧力が等しいと想定されています（つまり、p 1 =p 3 ）そしてそのレベル1は一定に保たれます。したがって、駅での速度 1（v 1 ）はゼロです。さらに、摩擦損失は無視されます。次に、ポイント1と3の間のエネルギーバランス方程式は次のようになります–
式（2.7）は、静的ヘッドhに対して放出されるジェットの速度を示し、有効ヘッドを（h t –h）。ここで、示されている瞬間に、金型内の金属レベルを時間間隔dt、A m で高さdhだけ上昇させます。 およびA g は、それぞれ金型とゲートの断面積です。次に、
吸引効果：
透過性材料（砂など）で作られた金型の場合、液体金属の流れのどこでも圧力が大気圧を下回らないように注意する必要があります。そうしないと、金型内の有機化合物のベーキングから発生するガスが溶融金属の流れに入り、多孔質の鋳造物が生成されます。これは吸引効果として知られています。
図2.6aを参照し、ポイント2と3の間にベルヌーイの方程式を適用すると、次のようになります–
吸引効果が画像に現れる別の状況は、流れの方向の突然の変化に関連しています。図2.9aに示すように、液体金属の流れは、運動量効果のために鋭い角の周りで収縮します。垂直ゲーティングでは、これは重力による加速とは何の関係もありません。
図2.9aのステーション2に示されているくびれ領域は、venacontractaとして知られています。ステーション2の周囲に真空が発生しないように、図2.9bに示すように、型は収縮性静脈に合うように作られています。言い換えれば、流れの方向の急激な変化が回避されます。ランナーの直径がdで、入口の直径がd 'の場合、通常、d' / dは約1.3の値に維持されます。これは、r≈0.15dを意味します。
鋳造物の不純物を防ぐためにゲート設計で使用される一般的なアイテムは次のとおりです フォロー（図2.10も参照）：
（i）流域を注ぐ：
これにより、炉から直接流入する液体金属ストリームの侵食力が減少します。注湯槽を使用することにより、一定の注水ヘッドを維持することもできます。
（ii）ストレーナー：
スプルーのセラミックストレーナーがドロスを取り除きます。
（iii）スプラッシュコア：
スプルーの端に配置されたセラミックスプラッシュコアも、液体金属ストリームの侵食力を低減します。
（iv）スキムボブ：
これは、より重くて軽い不純物が金型に入るのを防ぐために水平ゲートに配置されたトラップです。
摩擦と速度分布の影響：
スプルーとゲート内の液体金属の速度は断面全体で均一です。実際、固体表面と接触している流体の速度はゼロであり、導管の軸で最大になります。
導管内の速度分布は、導管の形状と流れの性質（つまり、乱流または層流）によって異なります。さらに、これまでの議論では、摩擦損失も想定していません。
実際の流体では、特に流れの断面が突然収縮または拡大した場合に、摩擦損失が常に存在します。以下の説明では、これら2つの要素、つまり速度分布と摩擦に照らして、すでに作成した方程式を修正します。
