بررسي تاثير شيب و تغيير سطح مقطع راه باره بر فشار و رفتار سيال به كمك شبيه سازي عددي حجم محدود

Assessment of the Slope and Cross-Section of In-Gate on the Pressure and Flow Pattern Using Finite Volume Method

هدف از انجام پژوهش حاضر، بررسي تاثير هندسه?ي راه?باره در مجموعه?هاي راه?گاهي فشاري در فرايند ريخته?گري با قالب ماسه?اي است. عدم طراحي مناسب هندسه?ي راه?باره مي?تواند منجر به وقوع پديده?ي ماسه?شويي در فرايند ريخته?گري شود. با اين هدف، ابتدا مدلي به?شكل يك صفحه?ي نازك دو بعدي طراحي شد، و با تغيير شيب راه?باره و سطح مقطع آن به?طور منظم، تاثير فشار در راه?باره به?روش حل عددي اختلاف محدود شبيه?سازي شد. سپس، عامل فشار بدون بعد كه نسبت شيب تغييرات فشار به انرژي جنبشي در طول يك كانال جريان است، براي طرح?هاي مختلف مقطع طولي كانال راه?باره با استفاده از نتايج شبيه?سازي به?دست آمد تا به اين ترتيب، تاثير متغيرهاي شيب و سطح مقطع راه?باره در آن?ها مشخص شود. در مرحله?ي دوم، با ريخته?گري مذاب آلومينيم در قالب?هاي ماسه?اي كه يك طرف آن شيشه نسوز قرار داده شده بود، تاثير تغيير مقطع راه?باره و شيب آن در پديده?ي ماسه?شويي به?كمك روش عكس?برداري و نيز تراش?كاري سطح فوقاني صفحه?ي آلومينيمي بررسي شد. نتايج نشان دادند كه هر گونه تغيير در مقطع راه?باره كه بتواند منجر به تغيير در مقدار عامل شود، به?طور هم?زمان مي?تواند با افزايش تنش برشي بر روي ديواره?هاي دروني راه?باره، منجر به ماسه?شويي شود. مقايسه?ي نتايج مدل حاضر با نتايج به?دست آمده از عكس?برداري، درستي مدل به?كار رفته را به?خوبي تاييد مي?كند، به?گونه?اي كه در زاويه?هاي راه?باره?ي 56 و 71 درجه و يا كاهش سطح مقطع راه?باره به ميزان يك چهارم سطح مقطع اوليه، بيش?ترين مقدار ماسه?شويي در ريخته?گري رخ داد.

In this investigation, the effect of gaiting system geometry during sand casting process has been studied. Sand erosion is one of the most important defects, which is caused due to the incorrect design of the gaiting system. In this study, a thin plate bench-mark was designed, and the pressure field was simulated for the cases of different slopes and cross-sections of the in-gate using Finite Volume Method (FVM). The dimensionless pressure parameter Cinp for the in-gate was calculated with the help of the simulation results. In the second stage, aluminium was molded in a sand mold with a Pyrex glass face. Then, the sand erosion phenomenon was examined using the photography technique, and through machining the upper surface of the aluminum thin plate. The results indicated that the maximum sand erosion during the casting process occurred for the in-gates having the slopes of 56 or 71 degree with a cross section experiencing a reduction of 25% from the initial cross-section.