根據(jù)流體力學的論述,伯努利定理適用于理想流體和穩(wěn)定流動,其方程式為:
p/ρ+gz+1/2q2=Const
它是一維流動問題中最重要的一個關(guān)系,而且在整個流體力學的領(lǐng)域里也具有根本的重要性。它是一個能量守恒的表達式,因為每一項都代表單位質(zhì)量的能量:第一項是壓力所做的功,每二項是由于重力而引起的勢能,而第三項是動能。
于是,按照壓鑄過程的金屬流動來看,壓室內(nèi)熔融金屬從沖頭速度加速到內(nèi)澆口的過程,便可根據(jù)伯努利方程式列出如下的表示式,即
p n/ρ+gh n+1/2v2 n=p b/ρ+gh s+1/2v2 c
式中p n —內(nèi)澆口處通過金屬流之前的壓力(公斤/厘米2 )
ρ—熔融金屬的密度(公斤/厘米3 )
g —重力加速度(981厘米/秒2 )
h n —內(nèi)澆口壓力頭高度(厘米)
v n —內(nèi)澆口速度(厘米/秒)
p b —壓室內(nèi)作用于金屬上的壓力(公斤/厘米2 ),此處實為填充比壓,符號應(yīng)為pb c,但為敘述方便,直接用p b列出
h s —壓室的壓力頭高度(厘米)
v c —沖頭速度(厘米/秒)
但是,對于壓鑄過程來說,對上述表示式可作如下的分析:
內(nèi)澆口處通過金屬流之前的壓力p n,在模具上開有足夠的排氣道的情況下,相當于大氣壓力,而壓室內(nèi)作用于金屬上地壓力p b(實為填充比壓)則甚大于大氣壓力,故移項后,p b-p n的差值與p b十分接近,所以p n項可忽略不計。
內(nèi)澆口的壓力頭高度h n和壓室的壓力頭高度相差只有幾厘米,因此,可按相等看待,在等式的兩邊的抵消而消除。
沖頭速度v c與內(nèi)澆口速度v n相比,由于面積F S和F n相差十幾倍甚至幾十倍,故沖頭速度總是比內(nèi)澆口速度小十幾倍或幾十倍,況且在伯努利方程式中還是一個平方數(shù),因此,v c也不予計入。
于是,表示式可簡化為
1/2v2 n = p b /ρ
即
v n=(2p b/ρ)1/2
當密度ρ用比重r來表示,即
ρ=r/g
所以,內(nèi)澆口速度 v n與壓力(填充比壓)的關(guān)系式便可寫成
V n=(2gpb/r)1/2
但是,熔融金屬畢竟不同于理想流體,熔融金屬本身的物理特性(粘性、表面張力、內(nèi)磨擦等)造成的速度損失必須加以考慮,同時,金屬的流動還與澆道幾何形狀、流動規(guī)律(撞擊、轉(zhuǎn)向、氣體阻礙等)有關(guān),這些都是使速度損失的因素。因此,設(shè)η為流動時受到各種影響而使速度降低的總的系數(shù)。并稱之為阻力系數(shù)。這個阻力系數(shù)可大致地定為0.358。于是內(nèi)澆口速度與比壓的關(guān)系在計入阻力系數(shù)后的計算式為:
v n=0.358(2gpb/r)1/2
當內(nèi)澆口速度已經(jīng)選定,則比壓p b(實為填充比壓pb c)可由下式求得
p b=v2 nr/(2g*0.3582 )
生產(chǎn)中,由于機器的驅(qū)動系統(tǒng)、傳動機構(gòu)中的壓力均有損失,閥門的開閉可能滯后,機器運動零部件慣性、運動時的各種摩擦阻力以及壓力液的泄露等等因素的存在,使填充比壓和沖頭速度都有所損失,而損失的程度,則是以機器的效能而定,這種效能可以通過儀器測定。調(diào)節(jié)機器時,預定的壓力(比壓)和沖頭速度便根據(jù)損失的程度,按計算出的壓力適當加大,從而沖頭速度也隨之得到補償。