نوشته‌ها

مدلسازی - پوسته گیربکس

ریخته گری گریز از مرکز چیست

 

ریخته گری گریز از مرکز چیست 

طرح استفاده از نیروی گریز از مرکز در ابتدا در سال ۱۸۰۹ میلادی، توسط فردی انگلیسی به نام Anthony Eckhard ارائه شد و اولین استفاده صنعتی از آن در سال ۱۸۴۸ میلادی در بالتیمور به منظور تولید لوله چدنی صورت گرفت. همگام با پیشرفت علم و صنعت از سال ۱۸۹۰ میلادی، پیشرفتهایی در روش ریخته‌گری گریز از مرکز آغاز گردید که در سالهای ۱۹۱۲ تا ۱۹۱۸ میلادی، منجر به ساخت ماشین De- lavaud  توسط  De- lavaud  برزیلی گردید.

 

لوله‌ریزی به روش De- lavaud

در ریخته‌گری گریز از مرکز، برای پر کردن قالب، علاوه بر نیروی ثقل از نیروی گریز از مرکز نیز استفاده می‌گردد. در این روش سطح بیرونی قطعه توسط سطح داخلی قالب شکل گرفته ولی سطح داخلی قطعه به چند صورت امکان شکل‌گیری دارد که خود سبب یک تقسیم‌بندی در روش‌ها گردیده و به طور کلی در سه دسته زیر طبقه‌بندی شده‌اند.

۱ )  ریخته‌گری گریز از مرکز حقیقی

۲ )  ریخته‌گری نیمه گریز از مرکز

۳ )  ریخته‌گری تحت نیروی گریز از مرکز یا قطعات گریز از مرکز شده

در ریخته‌گری گریز از مرکز حقیقی محور ریخته‌گری بر محور دوران قطعه، منطبق بوده و سطح داخلی بدون حضور ماهیچه و به واسطه نیروی گریز از مرکز شکل می‌گیرد. در این روش محور دوران در یکی از سه حالت افقی، عمودی و مایل می‌باشد که ابعاد و شکل قطعه تعیین کننده حالت صحیح آن خواهد بود. اگر طول قطعه استوانه‌ای شکل L و قطر آن D فرض می‌شود، نسبت  L/D > 4روش افقی ،  L/D = 4-1روش مایل و L/D < 4 روش عمودی به کار گرفته می‌شود.

قالبهای مورد استفاده در روش ریخته‌گری گریز از مرکز افقی

قالبهای ریخته‌گری گریز از مرکز افقی بسته به شرایط کاری، سرعت تولید و جنس آلیاژ ریختگی، به دو دسته مصرف شدنی و دائمی تقسیم‌بندی شده است که قالب‌های ممرد استفاده در ریخته‌گری گریز از مرکز لوله‌های چدنی مورد نظر، فولادی دائمی است.

جنس فولادهای قالب  گریز از مرکز

فولادهای قالب لوله‌ریزی از نوع فولادهای گرم کار بوده که جهت تهیه لوله‌های چدنی و همچنین قالبهای تزریق پلاستیک در صنعت مورد توجه می‌باشند. در حین کار سطح داخلی آنها تحت درجه حرارتهای بالا  و بارهای مکانیکی نسبتا پایین قرار دارد.

فولادهای قالب در حین کار تحت تاثیر عواملی قرار می گیرند که بر طول عمر آنها تاثیر دارد این عوامل عبارتند از :

۱ ) سیکل تغییرات دما با دامنه ۲۳۰ تا ۷۰۰ درجه سانتیگراد در سطوح داخلی قالب

( زمان یک دوره  تغییرات دما تقریباً ۱۲۰ ثانیه است . )

۲ )  نیروی گریز از مرکز بالا در اثر چرخش قالب با سرحت حدود ۹۵۰RPM  حاصل می شود .

۳ )  تنشهای بالا در نواحی نزدیک سطح داخلی ( حدود Mpa 200 فشاری و Mpa 780 کششی )

۴ ) خوردگی حاصل از گازها و هوا که از انجام واکنش ها حاصل می شود .

۵ ) ترکهای خراشی در هنگام بیرون کشیدن لوله ها از قالب در جهت محور قالب

 

ریخته گری سانتریفیوژ 

اين سيستم بر اساس نيروي گريز از مركز ساخته شده است ميدانيد كه هر گاه جسمي با سرعت معيني حول يك مركز با محور دوران كند نيروئي در جسم متحرك و در جهت مماس بر مسير دوران و به سمت خارج از مركز ايجاد مي گردد . كه به نيروي فراگريز يا گريز از مركزموسوم است كه مقدار آن از رابطه F=MRW2 كه در آن R شعاع دوران M جرم جسم و V سرعت خطي و W سرعت زاويه اي است بدست مي آيد. محور دوران ممكن است به سه حال قائم ، افقي يا مايل باشد قطعه اي كه در اين روش تهيه مي گردد داراي تميزي و سطوح صاف بوده و همچنين درجه خلوص جسم به علت جابجا شدن در اثر قوه گريز از مركز مي گردد همچنين در اين روش احتياج به ماهيچه گذاري نيست جنس قالب ممكن است از ماسه يا ماسه ماهيچه گرافيت و يا فلز باشد كه قالب ها اكثرا فلزي و از جنس چدن يا فولاد هاي مخصوص مي باشند ريخته گري گريز از مركز ممكن است به سه صورت باشد :

 

سانتريفيوژ كامل

كه در اين حالت محور دوران با محور قطعه ريخته شده يكي است و ضخامت قطعه معين و مشخص در تمام قطعه يكسان است.

 

نيم سانتريفيوژ

در اين حالت محور تقارن و محور دوران يكي است ولي سطوح و زوايا و حفره هايي كه در قطعه وجود دارد كه يكنواختي ضخامت قطعه را از بين مي برد و اين پستي و بلندي ها به كمك ماهيچه هاي مناسب در قالب تعبيه مي شود قالب هاي نيم سانتريفيوژ اكثرا از ماسه ماهيچه و گرافيت ساخته مي شوند .

 

ريخته گري تحت فشار سانتريفيوژ

در اين حالت قالب يا قالب ها به طور شعاعي حول محور دوراني قرار دارند و موقعيكه مذاب از مركز وارد شود تحت فشار مستقيم گريز از مركز براي تهيه و توليد لوله ها ، سيلندر هاي چدني و غيره استفاده مي شود و از انواع آلياژ هاي فولادي و مس و نيكل در اين سيستم ريخته گري مي گردند

 

ریخته گری فشاری

آلیاژ مس – بریلیوم به طور فزاینده ای در ساختمان قالب مورد استفاده قرار می گیرد زیرا خصوصیاتی از قبیل سختی نسبتا خوب ( عدد سختی برنیل آن حدود ۲۵۰ است ) همراه با قابلیت هدایت حرارتی بالا را داراست. این آلیاژ ماده ای مناسب برای ساخت حفره ها، ماهیجه ها و بقیه اجزاء قالب مانند نازلهای واحدهای راهگاه گرم است. قابلیت هدایت حرارتی بالا بدین معنی است که آلیاژ مس – بریلیوم در حفره هایی به کار می رود که نیاز باشد تا حرارات مذاب از حفره نسبت به حفره مشابه از جنس فولاد سریعتر منتقل شده و سرعت خنک کاری بیشتر شود و اغلب منجر به کاهش زمان تزریق می شود. آلیلژ مس – بریلیوم را می توان ماشین کاری نمود. با ماشین افزارهای معمولی این کار عملی است. همچنین روی آن می توان هوبینگ سرد، هوبینگ گرم یا ریخته گری فشاری انجام داد. روش آخر مزایایی نسبت به روش هوبینگ سرد دارد. در عملیات هوبینگ سرد یا گرم قطعه کار از جنس آلیاژ مس – بریلیوم تمایل به کار سختی داشته و در نتیجه باعث گسترش تمرکز تنش می شود. از روش ریخته گری فشاری ( هوبینگ مایع ) ممولا برای تولید حفره به کار می رود. ولی از این روش می توان برای تولید ماهیجه نیز استفاده می شود. این روش ترکیبی از دو روش هوبینگ و ریخته گری است. اصول فرآیند ریخته گری فشاری در شکل زیر نشان داده شده است.

یک سنبه هاب الگو از جنس فولاد با کیفیت بالا ساخته می شود. مقدار انقباض آلیاژ مس – بریلیوم در حدود ۰/۰۰۴ میلیمتر به میلیمتر ( اینچ به اینچ ) است. بنابراین اندازه هاب به نسبت مقدار فوق باد بزرگتر ساخته شود.

سنبه هاب الگو به یک صفحه بسته شده و در داخل یک محفظه قرار می گیرد. ابتدا مجموعه پیش گرم می شود و به موازات صفحه پرس روی صفحه ی پایین پرس هاب بسته می شود.

مواد مس – بریلیوم مذاب، درون فضای ایجاد شده بین محفظه و هاب ریخته می شود. در این مرحله اغلب از یک محافظ برای محافظت از هاب استفاده می شود.

یک پلانچر که به صفحه متحرک پرس بسته شده بر روی مذاب مس – بریلیوم قرار گرفته و به مذاب نیرو اعمال می کند. پلانچر یک انطباق لغزشی خوب با سطح داخلی محفظه دارد.

وقتی که آلیاژ مس – بریلیوم منجمد شد، پلانچر به سمت بیرون کشیده شده و قطعه منجمدشده و سنبه هاب را نیز از داخل محفظه خارج می کنند. سپس هاب از داخل قطعه منجمد شده و اطراف قطعه متناسب با صفحه نگهدارنده قالب ماشین کاری می شود.

سپس قطعه آنیل شده، عملیات سخت کاری می شود و با مقدار کمی عملیات پرداخت سطحی در صفحه نگهدارنده نصب می گردد.

مزایای این روش مانند مزایای بیان شده برای روش هوبینگ سرد روی فولاد است. در هر حال یک تفاوت اساسی بین دو روش وجود دارد. در روش ریخته گری فشاری آلیاژ مذاب مس – بریلیوم پیرامون سنبه هاب الگو را اشغال می کند در حالیکه در روش هوبینگ سرد هوبینگ سنبه هاب الگو به داخل فولاد فشار داده می شود. اغلب شکل های پیچیده تر و ظریفتر توسط روش ریخته گری فشاری ساخته می شود بدون اینکه احتمال خطر شکستن سنبه هاب وجود داشته باشد.

باید توجه داشت که مزیت اصلی این روش استفاده از خواص آلیاژ مس – بریلیوم است. عمده ترین محدودیت در این فرآیند اندازه ی قطعه است. این محدودیت به اندازه پرس قابل دسترسی و ظرفیت مذاب گیری دارد.

 

ریخته گری گریز از مرکز

معمولا برای تولید لوله استفاده می شود.قالب را با سرعت دوران می دهیم .مذاب با سرعت به طرف انتهای قالب هدایت می شود.(لوله چدنی)

ریختن مذاب در قالب در حال دوران

عقب کشیدن قالب برای ایجاد طول لوله

بیرون اندازی لوله

 

مزایای ریخته گری گریز از مرکز

جدایش ناخالصی و گازها

انجماد تحت فشار،به علت نیروی گریز از مرکز مذاب

تحت فشار جامد می شود بنابراین دارای تخلخل کمتری است.

حذف ماهیچه

حذف سیستم راهگاهی و امکان تولید انبوه

 

روشهای ریخته گری گریز از مرکز

الف) آبگرد (دی لاوود)

ب )  قالب گرم

 

آبگرد

در سال ۱۹۲۰ یک دانشمند برزیلی قالب فولادی آلیاژی است و داخل یک محفظه که آب هست،قرار داد.نه دلیل وجود جریان آب در اطراف قالب،انجماد سریع صورت گرفته و گردش دورانی قالب باعث گردید همواده انجماد از سطح دیواره به سمت داخل انجماد صورت گیرد.دستگاه های آبگرد ،قادرند لوله به قطر ۵۰۰ میلیمتر و طول ۶متر با ظرفیت ۱۳ لوله در ساعت تولید کنند.(برای تولید چدن سفید)

 

روش قالب گرم

این روش توسط یک شرکت آلمانی ابداء شد.برای تولید چدن خاکستری (چدن خاکستری از چدن داکتیل نشکن تولید می شود.)که با پیشرفت فرآیند توانستند چدن نشکن هم تولید کنند.در این روش قالب،دیواره ضخیم از نجس چدن یا فولاد آلیاژی دارد به دلیل ضخامت بالا انجماد این روش با تاخیر بیشتر انجام شده و شرایط ایجاد گرافیت را تسهیل می کند.قبل از ریختن مذاب قالب حود ۲۵۰ درجه سانتیگراد گرم میشود و پس از هر مرحله ریخته گری با اسپری آب به سطح خارجی قالب را خنک می کنند.

در عمل سرعت دوران یموجب نیروی گریزاز مرکزی بین ۶۰ تا ۸۰ گرم برای قطعه ریخته گری می گردد.

 

تکنولوژی آماده کردن ذوب

معمولا مذاب برای تولید داکتیل با استفاده از شارژ قراضه های فولاد مرغوب،شمش چدن و مواد برگشتی تشکیل می شود.

مناسبترین نسبت قراضه به چدن ۷۰ به ۳۰ است.به کارگیری قراضه دارای مشکلات زیر است:

۱ )  کاهش راندمان ذوب دهی کوره

۲ )  تسهیل در خردگی جداره نسوزکوره

۳ )  بالا رفتن میزان مواد کمک ذوب مانند گرافیت و فروسیلیس

۴ )  مصرف انرژی زیاد

چدن = آهن+ کربن

سفید (کربنFe3c ) عملیات حرارتی = مالیبل

خاکستری (گرافیت) + منیزیم = داکتیل

منیزیم تنشهای سطحی گرافیت را تغییر می ده و باعث کروی شدن آن می شود.

داکتیل کردن مذاب توسط منیزیم خالص یا آلیاژ فروسیلیس میزیم(FeSi-Mg) و یا آلیاژ منیزیم سدیم( Ce-Mg) به روشهای مختلف صورت می گیرد.

حساس ترین مرحله تولید چدن داکتیل میزان بازیابی منیزیم به عنوان ماده کروی کننده می باشد.

 

متغییر های اثر گذار روی بازیابی منیزیم

ترکیب شیمیایی و درجه حرارت مذاب

اندازه و غلظت مواد کروی کنند.

روش تلقیح منیزیم (وارد کردن منیزیم به مذاب)

مقدار منیزیم که می تواند گرافیت کروی تشکیل دهد به میزان اکسیژن و گوگرد در مذاب بستگی دارد و بین ۰۳/۰ تا ۰۶/۰ درصد متغیر است.دمای مناسب جهت اضافه کردن منیزیم بین ۱۴۵۰ درجه سانتیگراد تا ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد خواهد بود.

(هرچه گوگرد مذاب کمتر باشد،میزان منیزیم  اضافه شده نیز کمتر خواهد بود.)

اندازه مواد باید به گونه ای باشد که سطح آنها به قدری زیاد نباشد که به سرعت بسوزد و به مذاب نرسد.همین طور نباید به قدری کم باشد کهزمان طولانی برا ی حل احتیاج داشته باشد.

 

روش پاتیل سرباز

در این روش مواد کروی کننده به سرعت آلیاژ به کار می روند.آلیاژ کروی کننده در ته پاتیل تا حدود ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد پیش گرم می شود.پس از آن متناسب با وزن آلیاژ کروی کننده بر روی آن پدن مذاب می ریزیم.هرچه با سرعت بیشتری چدن ریخته شود مقدار بازیابی بیشتر خواهد بود.

 

روش ساندویچی

در این روش آلیاژ منیریم در قسمت گود ته پاتیل قرار داده شده و روی آن را با ورقه فولادی می پوشانیم.بازیابی منیزیم در این روش به مراتب بیشتر از روش قبل است.احتمالا به علت ذوب ورقه فولادی و در نتیجه کاهش درجه حرارت چدن احتمال سوختن منیزیم در اثر اکسیداسیون کاهش می یابد.برای جلوگیری از شناور شدن ورقه فولادی و در عین حال،سریع ذوب شدن آن ضخامت ورقه باید بین ۱٫۵ تا ۲ درصد وزن چدن باشد تا شیب دمایی لازم ایجاد گردد.

 

روش فروبری

در این روش منیزیم با غلظت بالا در ظرفی شبیه ناقوس به عمق پاتیل پر از مذاب فروبرده می شود به انی ترتیب از بالا آمدن مواد کروی کننده جلوگیری می شود و میزان بازیابی افزایش پیدا می کند.این ظرف در محیط بیرونی سوراخهایی دارد تا منیزیم داخل ظرف بتواند از آن خارج شود.حداقل عمق لازم برای فروکردن ۶۰ سانتیمتر است.

 

روش تزریق مفتول

در این روش آلیاژمحتوی منیزیم در داخل مفتول که در حقیقت ،غلاف فولادی می باشد قرار گرفته و توسط یک ماشین مخصوص به داخل مذاب فرو می رود.سرعت تزریق باید به گونه ای باشد که غلاف فولادی در طبقات فوقانی مذاب نشود تا منیزیم به پایین پاتیل برسد.

پوشش سطح داخلی قالب در روش آبگرد:به منظور جلوگیری از خوردگی قالب و افزایش عمر آن و همچنین خروج آسان لوله از قالب و کاهش تخلخل و بهبود ساختار میکروسکوپی لوله از پودر فورسیلیکون به عنوان ماده پوشش دهنده سطح قالب استفاده می کنند.این پودر از طریق یک لوله فولادی مقاوم به حرارت که در زیر ناودانی مونتاژ شده و قبل از این که مذاب در ناحیه ای ریخته شود،این پودر را در آنجا می ریزند.

 

پوشش سطح داخلی قالب گرم

در این روش جهت کاهش سرعت سرد شدن و سهولت خروج لوله از قالب به وسیله پوششی به تریکب زیر پوشانده می شود.

  •  بنتونیت سدیم ( نوعی خاک رس ) به میزان ۱کیلوگرم در ده لیتر آب
  •  افزودن ۹۰ لیتر آب به مخلوط حاصل
  •  افزودن CaSiبه مخلوط فوق
  •  در این نوع قالب ماده پوششی با فشار ۷/۰ تا ۱ بار به سطح داخلی قالب اسپری می شود.