Jaką pojemność powinna mieć łyżka dozująca metal do zimnej komory prasowania, jeżeli masa odlewu wykonanego ze stopu cynku o gęstości ρ = 6,5 kg/dm3 wraz z układem zasilania wynosi 14,75 kg?
A. 0,44 dm3
B. 2,27 dm3
C. 95,88 dm3
D. 21,25 dm3
Pytanie z egzaminu CKE, styczeń 2021 (arkusz M.37-SG-21.01).
Pojemność łyżki dozującej trzeba dobrać z zależności między masą, gęstością i objętością: V = m / ρ. Mamy masę metalu razem z układem zasilania 14,75 kg oraz gęstość stopu cynku 6,5 kg/dm³. Po podstawieniu wychodzi 14,75 / 6,5 = 2,269..., czyli po zaokrągleniu 2,27 dm³. To właśnie jest wymagana objętość ciekłego metalu, którą łyżka powinna podać do zimnej komory prasowania. W praktyce odlewniczej taka wartość jest punktem wyjścia do doboru dozowania, bo trzeba jeszcze brać pod uwagę stabilność nalewania, straty metalu, temperaturę zalewania i powtarzalność cyklu maszyny. Moim zdaniem to jedno z tych obliczeń, które warto mieć dobrze opanowane, bo pomyłka w dawce metalu szybko daje problemy: niedolewy, zbyt mały naddatek w tulei wtryskowej albo niepotrzebne przelewy. Dobra praktyka jest taka, żeby najpierw sprawdzić jednostki, szczególnie kg i kg/dm³, a dopiero potem liczyć objętość w dm³.
W tym zadaniu kluczowe jest zrozumienie, że szukamy objętości ciekłego metalu, a nie masy, gęstości ani jakiejś wartości pomocniczej. Jeżeli masa odlewu z układem zasilania wynosi 14,75 kg, a gęstość stopu cynku to 6,5 kg/dm³, to objętość musi wyjść z dzielenia masy przez gęstość: V = m / ρ. Wynik 0,44 dm³ zwykle pojawia się wtedy, gdy ktoś odwróci działanie i podzieli gęstość przez masę. Fizycznie nie ma to sensu, bo większa masa przy tej samej gęstości powinna oznaczać większą objętość, a nie bardzo małą dawkę metalu. Wartość 21,25 dm³ wygląda jak dodanie 14,75 i 6,5, czyli potraktowanie masy i gęstości jak wielkości tego samego typu. To typowy błąd jednostek: kilogramów nie dodaje się do kg/dm³, bo to nie opisuje żadnej realnej pojemności łyżki. Z kolei 95,88 dm³ wynika z mnożenia masy przez gęstość. Taki rachunek też jest nielogiczny, bo jednostkowo dałby kg²/dm³, a nie dm³. W odlewnictwie ciśnieniowym, zwłaszcza przy zimnej komorze, dawka metalu musi być dobrze dobrana do objętości odlewu, układu wlewowego i warunków pracy maszyny. Za mała dawka grozi niedolaniem, a zbyt duża powoduje nadmierne straty i niestabilny proces. Dlatego najbezpieczniej zawsze zacząć od analizy jednostek, bo ona często sama pokazuje, które działanie jest poprawne.