wrapper

توصیه های روزانه

Felezat: طراحی صحیح سیستم تغذیه برای قطعات ریختگی چدنی (خاکستری و نشکن) مستلزم درک درستی از تفاوت این آلیاژها با دیگر آلیاژها مانند فولاد است. اگر این تفاوت­ها در نظر گرفته نشود، سیستم­های تغذیه ممکن است چندان مناسب نبوده و کیفیت قطعه ریختگی پایین آید.

طراحی صحیح سیستم تغذیه برای قطعات ریختگی چدنی (خاکستری و نشکن) مستلزم درک درستی از تفاوت این آلیاژها با دیگر آلیاژها مانند فولاد است. اگر این تفاوت­ها در نظر گرفته نشود، سیستم­های تغذیه ممکن است چندان مناسب نبوده و کیفیت قطعه ریختگی پایین آید. در بسیاری از موارد، تغذیه­ اساساً برای ریخته ­گری قطعات فولادی طراحی شده و هنگامی که برای قطعات چدنی به کار می­ رود، منجر به ایجاد عیوب ریختگی می­ شود. چنین سوء تفاهم­ هایی منجر به پیشنهاد راه حل­های شده است که اغلب وضعیت را بدتر می­ کند.

آشنایی با خواص طراحی مخصوص چدن، هنگامی که جهت شبیه سازی با نرم افزار استفاده شود، می تواند میزان ضایعات را کاهش داده و منجر به تولید قطعات ریختگی با کیفیت مناسب شود. علاوه بر این، اجرای شبیه سازی­ های رایانه­ ای قبل از تولید اولیه می تواند با صرف فقط چند دقیقه به جلوگیری از هفته­ ها و ماه­ ها تولید قطعات ریختگی معیوب کمک نماید.

 

پیروی از قوانین

بزرگترین تفاوت بین چدن و آلیاژهای دیگر، انبساط چدن در حین رسوب گرافیت هنگام انجماد است. این تفاوت بدین معناست که  قطعات ریختگی چدنی در بیشتر مواقع می­ توانند پس از شروع انبساط خود تغذیه شوند، بنابراین تغذیه بیشتر مورد نیاز نیست.

یک سیستم تغذیه مناسب برای ریخته­ گری چدن، باید فلز مذاب را تنها برای جبران انقباض آلیاژ مایع و چدن در حال انجماد، قبل از انبساط فراهم نماید. همین که انبساط آغاز می شود، یک سیستم تغذیه خوب طراحی شده باید چنان فشاری را ایجاد نماید که قطعه ریختگی در مدت زمان باقی مانده از انجماد، خود تغذیه شود. این اصل در تضاد مستقیم با آلیاژهای دیگر از قبیل فولاد است که در آن هیچ گونه انبساطی رخ نداده و فلز مذاب تغذیه باید در بیشتر یا تمام مدت زمان انجماد، کار مذاب رسانی را انجام دهد.

تفاوت عمده دیگر بین چدن و دیگر آلیاژها، در ارتباط با مکانیسم­ های مربوط به مذاب رسانی است. آلیاژهای چدن (بخصوص چدن نشکن) به آسانی یک پوسته جامد را در حین انجماد، تشکیل نمی­ دهند. برای اینکه تغذیه بتواند کار مذاب رسانی را بطور موثر انجام دهد، فشار اتمسفر باید قادر به فرو ریختن پوسته پلاستیکی ضعیف موقع افت فشار داخلی باشد. پس از اینکه تغذیه، پوسته را سوراخ کرد، فشار داخلی در داخل منطقه اثر تغذیه یکسان می­ شود (منطقه­ ای در داخل قطعه ریختگی که در آن فلز مایع می تواند از یک نقطه به نقطه دیگر در واکنش به فشارهای ناشی از انبساط، جریان یابد). تنها یک تغذیه باید برای هر منطقه اثر تغذیه استفاده شود. اگر تغذیه­ های متعدد در یک منطقه قرار داده شود، یک تغذیه شروع به مذاب رسانی خواهد کرد در حالی که تغذیه­ های دیگر قادر به این کار نیستند. از این رو، تخلخل اغلب در محل اتصال  تغذیه­ هایی که کار مذاب رسانی را انجام نداده ­اند، مشاهده می­ شود.

نیاز چدن به یک تغذیه در داخل هر منطقه اثر، یک قانون طراحی است که اغلب نقض می­ شود. هنگامی که تخلخل در محل اتصال یک تغذیه یافت می­ شود، گرایش بسیاری از مهندسان به اضافه کردن تغذیه­ های بیشتر است؛ که دقیقاً رویکرد اشتباهی است و وضعیت را بدتر خواهد کرد.

بازوی کنترل از جنس چدن نشکن نشان داده شده در شکل (a)1، نمونه­ای از ریخته­ گری چدن بوسیله­ یک سیستم تغذیه با طراحی نادرست است. رویکرد اولیه­ کارگاه­ های ریخته­ گری فلزات در طراحی تغذیه جهت ریخته­ گری این قطعه، قرار دادن دو تغذیه متقارن بود، همچنانکه در شکل  (b)1 نشان داده شده است.

 

1111111111

(b)                                                                                   (a)

 شکل (a-b)1: بازوی کنترل از جنس چدن نشکن که در ابتدا با دو تغذیه طراحی شده بود.

 

این رویکرد قابل پیش بینی بود، زیرا تغذیه­ ها به سنگین ترین بخش­های قطعه ریختگی متصل شده بود. در تولید اولیه، تخلخل در محل اتصال تغذیه به یک پایه ثابت ایجاد شد، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. تخلخل همیشه در همان محل اتصال نبود، اما در بیشتر قطعات ریختگی، در محل اتصال نشانه هایی از تخلخل وجود داشته، در حالی که در سایر قسمت­های چنین نبود. در نتیجه، کارگاه­ های ریخته­گری فلزات با این الگوی طراحی، قادر به تولید قطعه ریختگی با کیفیت مناسب نخواهند بود.

 

222222222222

شکل2. تخلخل درمحل اتصال قطعه به یکی از دو تغذیه، یک امر عادی و بدیهی بود.

 

طراحی با داده­ ها 

برای طراحی صحیح سیستم های تغذیه در ریخته ­گری چدن، تعیین محل و اندازه مناطق اثر تغذیه ضروری است. آشنایی با مدول انتقال (MTR)، که معیاری برای محاسبه جریان مذاب در داخل قطعه ریختگی به شمار می­ رود، می تواند به تعیین اینکه "قطعه ریختگی یک یا چند منطقه اثر تغذیه دارد؟" کمک نماید.

اگر مذاب نتواند از یک موقعیت به موقعیت دیگر جریان یابد، هر منطقه اثر تغذیه ممکن است نیاز به یک تغذیه مخصوص به خود داشته باشد (اما نه بیش از یک تغذیه). مدول ریختگی (MC)، نشان دهنده­ نسبت حجم به سطح سرد شونده در مناطق مختلف قطعه ریختگی است. مدول به منظور پیش بینی نحوه­ انجماد از طریق تخمین پیشرفت انجماد در یک قطعه ریختگی به کار می­ رود. در قطعات ریختگی چدنی، از مدول به منظور تخمین زمانی که انبساط آغاز خواهد شد، استفاده می ­شود و به عنوان درصدی از انجماد کامل بیان شده است.

برنامه ­های نرم افزاری مدرن می توانند در عرض چند دقیقه، فرآیند انجماد را شبیه سازی نمایند و پس از آن، داده­ های حاصل قابل تبدیل به مقادیر مدول ریختگی است. قطعات ریختگی با مدول بالاتر (قطعات سنگین)، زودتر شروع به انبساط خواهند کرد و در مقایسه با  قطعات با مدول پایین (قطعات سبک)، متحمل انبساط بیشتری خواهند شد. نقطه­ ای که در آن انبساط آغاز می­ شود، بعنوان نقطه زمان پایان انقباض در نظر گرفته می­ شود.

دانستن نقطه زمان پایان انقباض اجازه می دهد تا محاسبات مربوط به مقدار مدول معادل که مربوط به مدولی است که در آن انقباض چدن متوقف شده و انبساط آغاز می شود، صورت گیرد. این مقدار مدول بعنوان MTR شناخته شده است، زیرا بیانگر مناطقی از قطعه ریختگی است که در آن انتقال فلز مذاب امکان پذیر است. MTR با استفاده از رابطه زیر بدست می­ آید:

MTR = SQR (ST/100) * MC

با رسم  MTR در یک فرآیند شبیه سازی ریخته­گری، می توان تعیین کرد که آیا کل قطعه ریختگی یک منطقه اثر تغذیه دارد (مدول انتقال در سراسر قطعه ریختگی پیوسته است) و یا شامل مناطق اثر متعدد است (مدول انتقال ناپیوسته است). سپس، تعداد مناطق اثر تغذیه، تعداد تغذیه­ های مورد نیاز را با استفاده از یک تغذیه به ازای هر منطقه اثر، تعیین می­ کند. فشار انبساط باید کنترل شود، به این معنا که، فرض می­ شود قالب به اندازه کافی سخت و صلب است، در این صورت، تمام مناطق اتصال به قطعه ریختگی (محل اتصال راهباره ­ها و تغذیه) باید به اندازه کافی قوی باشد تا اطمینان حاصل شود که فشار انبساط در داخل قطعه ریختگی پس از شروع انبساط گرافیت موجود است. این موضوع همچنین بدان معناست که مدول گلوگاه تغذیه باید با مدول انتقال برابر باشد، تا اطمینان حاصل شود که تغذیه­ انقباض مایع، حتماً به وقوع خواهد پیوست و نیز فشار انبساط در داخل قطعه ریختگی، بدلیل انجماد محل اتصال تغذیه در مکان صحیح در فرآیند انجماد، موجود خواهد بود.

برای حل مشکل در مثال بازوی کنترل از جنس چدن نشکن، ریخته­ گری برای تعیین نیازهای تغذیه مورد بررسی قرار گرفت. در ابتدا، شبیه سازی انجماد برای فرآیند ریخته­ گری بدون سیستم راهگاهی و تغذیه انجام شد. نتایج حاصل از این شبیه سازی بصورت نمودار زمان انجماد (برحسب دقیقه) در شکل 3 نشان داده شده است.

 

3333333333

شکل3. مهندسان ابتدا شبیه سازی انجماد بازوی کنترل را بدون  طراحی سیستم راهگاهی و تغذیه انجام دادند.

 

داده­ های حاصل از شبیه سازی به داده­ های مدول تبدیل شد تا محاسبات تغذیه بتواند صورت گیرد. این نتیجه گیری که طراحی اولیه تغذیه درست بود، اغوا کننده است، زیرا دو منطقه با مقدار مدول بالا در قطعه ریختگی در مجاورت نزدیک به محل­های اتصال تغذیه در طرح اولیه موجود بود.

با این حال، برای تعیین زمان پایان انقباض و MTR جهت درک محل و اندازه منطقه اثر تغذیه (s)، لازم است که تجزیه و تحلیل بیشتری در مورد این قطعه ریختگی انجام شود. تجزیه و تحلیل مشخصات چدن، مقدار MTR را حدود 0.254 اینچ (0.654 سانتیمتر) نشان می ­دهد. ایجاد یک طرح از این مقدار در داخل قطعه ریختگی، محل منطقه اثر تغذیه (s) را نشان خواهد داد، همچنان که در شکل 4 مشاهده می شود.

 

4444444444

شکل4. قطعه ریختگی دارای دو منطقه با مقدار مدول بالا است، اما فقط یک منطقه اثر تغذیه وجود دارد.

 

کل قطعه ریختگی در واقع یک منطقه اثر تغذیه محسوب می ­شود. مناطق با مدول بالاتر توسط مقطعی که در آن مدول بالاتر از مقدار مدول انتقال است، به هم متصل شده­ اند، در نتیجه امکان انتقال مذاب جهت تغذیه سرتاسر قطعه ریختگی را فراهم می­ نماید. تنها یک تغذیه باید استفاده شود تا از تخلخل بالقوه در محل اتصال تغذیه­ ای که امکان مذاب رسانی ندارد، جلوگیری به عمل آید.

 

رفع عیوب

اجرای شبیه سازی رایانه­ ای در این مورد، 16 دقیقه به طول انجامید و پس از محاسبه زمان پایان انقباض و مدول انتقال، طرح و نمودار مربوطه در 5 دقیقه ایجاد شد. بعد از حدود 20 دقیقه تجزیه و تحلیل، نحوه­ صحیح طراحی تغذیه تعیین گردید. اگر این شبیه سازی از ابتدا قبل از ساخت تجهیزات مدل انجام شده بود، از چند ماه خرید و فروش قطعات ریختگی معیوب می­ توانست اجتناب شود. هزینه­ های مربوطه به مراتب بیشتر از سرمایه گذاری پیش­تر برای نرم افزار شبیه سازی و آموزش نحوه انجام تجزیه و تحلیل بود.

طرح اولیه جهت انعکاس استفاده از یک تغذیه تکی، تجدید نظر و اصلاح شد، همچنانکه در شکل (a-b) 5 نشان داده شده است. تغذیه در این مورد، به منطقه با مدول بالا متصل نشده است. در ریخته­ گری چدن، محل تغذیه بخاطر اثرات فشار ناشی از انبساط در سراسر قطعه ریختگی پس از شروع رسوب گرافیت، به اندازه­ی ریخته­ گری فولاد حیاتی و بحرانی نیست.

 

5555555555555

شکل(a-b) 5: هیچ تخلخلی در محل اتصال تغذیه و هیچ تخلخلی در جای دیگر وجود ندارد.

 

هیچ تخلخلی در محل اتصال تغذیه تکی به قطعه ریختگی یا جای دیگر یافت نشد، همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است. یک تجزیه و تحلیل سریع و ساده از فرآیند ریخته­ گری با طراحی صحیح تغذیه، منجر به تولید قطعات ریختگی سالم شد. شبیه سازی رایانه­ ای، یک ابزار موثر برای طراحی فرآیند تولید به مهندسان ارائه می­ دهد و در نتیجه از هزینه های بالقوه حاصل از ریخته­ گری قطعات معیوب جلوگیری می­ کند.

 

6666666666

شکل 6. طرح اصلاح شده که نشان دهنده­ یک تغذیه تکی متصل به مرکز بازو است.

 

این مقاله، بخشی از مقاله (13-1261) از مجموعه مقالات ارائه شده در همایش ریخته­ گری فلزات جامعه ریخته­ گران آمریکا (AFS) در سال 2013 است.

منبع:

Global Casting Magazine, January 2014

کانال

 

آخرین ویرایش در سه شنبه, 18 مهر 1396

درباره ما

گروه تامین صنعت، فعالیت حرفه‌ای خود را در زمینه فولاد در سال ۱۳۸۷ آغاز نمود و در ادامه به منظور ارائه خدمات علمی و مهندسی در زمینه مواد مصرفی صنعت ریخته‌گری، سایت حاضر را تحت عنوان Ferro تاسیس نمود.

ما برآنیم که با شناخت نیازهای مشتری و جلب اعتماد او، از طریق صداقت و رو راستی و پایبند بودن به اصول اخلاقی و حرفه‌ای، همواره اساس مشتری مداری را بجا آوریم.

کاتالوگ

download-catalog

price-list

خبرنامه پیامکی