0
04136674922

با ریخته گری به صورت کاربردی آشنا شویم – قسمت نهم: سیستم راهگاهی

ریخته گری یکی از روش های تولید قطعات فلزی است که در آن فلزات و آلیاژها را به صورت مذاب در قالب می ریزند. قالب محفظه ای است که شکل قطعه در داخل آن ایجاد شده است. مذاب فلزات و آلیاژها را داخل فضای خالی این محفظه هدایت می کنند. قالب به نحو مطلوبی از مذاب محافظت می کند تا بتواند سرد و به شکل فضای خالی قالب یا همان شکل قطعه منجمد شود. سپس قطعه ی جامد را از قالب جدا می کنند و به این ترتیب یک قطعه ریختگی در درون قالب متولد می شود. در یک دسته بندی بر اساس نوع قالب، فرایندهای ریخته گری را می توان به دو گروه اصلی ریخته گری در قالب های دائم  و ریخته گری در قالب های مصرفی یا موقت دسته بندی نمود. در روش ریخته گری در قالب های دائم، از قالب های دائم (با طول عمر زیاد) برای تولید انبوه قطعات به طور مکرر و بدون تعویض قالب در هر بار ریخته گری استفاده می شود. در روش ریخته گری در قالب های مصرفی، از قالب های یک بار مصرف استفاده می شود و پس از هر بار ریخته گری، قالب تخریب و از هم پاشیده می شود تا قطعه ریخته شده از داخل آن خارج شود. سپس برای مذاب ریزی و ریخته گری مجدد، قالبی نو ساخته می شود. از فرایندهای ریخته گری در قالب های موقت می توان به ریخته گری در قالب های ماسه ای مثل ماسه تر، ماسه CO2، ماسه چراغی و ماسه فوران، ریخته گری در قالب پوسته ای، ریخته گری دقیق و لاست فوم اشاره کرد. در میان این روش ها، ریخته گری در قالب های ماسه ای بیشترین کاربرد را در صنعت کشورمان دارد. هدف از ساخت قالب ماسه ای، ایجاد محفظه ای به شکل قطعه در ماسه فشرده شده است. به همین منظور این قالب ماسه ای از مخلوطی شامل ماسه، چسب و مواد افزودنی دیگر ساخته می شود. در قسمت های ۱، ۲، ۳، ۴ و ۵ از سلسله مطالب “با ریخته گری به صورت کاربردی آشنا شویم” در مورد قالب های ماسه ای مطالبی تقدیم کاربران محترم عصر مواد شده است.

 

قسمت ششم و هفتم از این سلسله مطالب در پاسخ به پرسش زیر، به موضوع ماهیچه می پردازد:

 

“اگر برای ریخته گری قطعات توخالی تمهید خاصی اندیشیده نشود، مذاب همه ی قسمت های توخالی درون قالب را پر می کند و ما با یک قطعه ی کاملاً توپر روبرو خواهیم شد. تا حالا فکر کرده اید که قطعات توخالی مثل یک شیر و زانویی را چگونه ریخته گری می کنند تا به صورت تو پر تولید نشود؟ “

 

در این دو قسمت، به کمک اشکال و ویدیوهای مناسب و مطالبی کاربردی و ساده شده، ماهیچه ها توضیح داده شده اند.   

 

یادتان هست که نوشتیم قالب محفظه ای است که شکل قطعه در داخل آن ایجاد شده است. در قسمت هشتم از این مطالب چند قسمتی، با این پرسش که “شکل قطعه چگونه در درون قالب های ماسه ای ایجاد می شود و مذاب چگونه می تواند پس از انجماد به شکل قطعه در بیاید؟” به استقبال طرح موضوع مدل ها رفته ایم.

 

پس در ۸ قسمت قبلی از این نوشته، سعی کردیم دریچه ای از موضوع قالب های ماسه ای، ماهیچه و مدل به رویتان بگشاییم و مطالب عمومی و کاربردی را در قالب توضیحاتی ساده تقدیم شما نماییم. اگر علاقمند بودید و یا زمینه کاری و پژوهشی تان ایجاب کرد، حتماً از کتاب ها، هندبوک ها و مقالات مرتبط با ریخته گری کمک بگیرید. اگر نیاز به مطالب پایه ای، ساده و کاربردی تر هم دارید، پیشنهاد می کنم از کتاب های ریخته گری فنی و حرفه ای هنرستان در شاخه های متالورژی و ساخت و تولید غافل نباشید.

 

 

 

برای آشنایی با کتاب های مناسب در خصوص ریخته گری، نوشته زیر از عصر مواد را ببینید:

۱۰ کتابی که یک مهندس متالورژی باید بخواند – قسمت دوم

 

 

 

قسمت نهم از این نوشته را با این پرسش شروع می کنیم: مذابی از آلیاژ و یک قالب هم برای ریخته گری قطعه مورد نظرمان آماده کرده ایم، این مذاب را چگونه باید وارد فضای خالی قالب بکنیم؟

 

اگر این سوال برای شما هم مطرح شده است یا تمایل دارید اطلاعات بیشتری در این خصوص بدانید، پس با ادامه ی این مطلب همراه ما در عصر مواد باشید:

 

برای مذاب رسانی به داخل قالب باید مسیری در درون آن تعبیه شود تا بتوان مذاب را به نحو مطلوبی به درون فضای خالی قالب هدایت نمود. به این مسیر مذاب رسانی، سیستم راهگاهی می گویند. طراحی صحیح و مناسب مسیر مذاب رسانی یا سیستم راهگاهی قالب، اساس تکنولوژی ریخته گری برای دستیابی به یک قطعه ریختگی سالم، با کیفیت و اقتصادی است.

 

یک سیستم راهگاهی خوب دارای ویژگی های زیر است:

 

  • اقتصادی بودن اندازه: اقتصادی بودن اندازه سیستم راهگاهی باعث افزایش راندمان ریختگی (نسبت وزن قطعه ریختگی به وزن کل مذاب ریخته شده) می شود و به ریخته گران این اجازه را می دهد تا از مذاب موجود، قطعات بیشتری تولید نمایند.

 

  • پر کردن قالب با سرعت دلخواه و لازم: یک سیستم راهگاهی خوب، کنترل سرعت بارریزی را از دست بارریز گرفته و خود بر عهده می گیرد.

 

  • انتقال فقط فلز مذاب به درون محفظه قالب: یعنی به سرباره، شلاکه، اکسیدها، ماسه، حباب های ناشی از تلاطم سطحی، هوا و یا دیگر گازها اجازه ورود به حفره قالب را ندهد.

 

  • حذف تلاطم سطحی: سیستم راهگاهی باید بتواند ضمن کنترل پخش شدن جریان مذاب، جبهه مذاب را بدون از دست رفتن یکپارچی و پیوستگی آن وارد قالب نماید.

 

  • جدا شدن و برش آسان سیستم راهگاهی از قطعه

 

 

 

سیستم راهگاهی علاوه بر اینکه مسیر ذوب رسانی به درون قالب است، وظایف مهمی هم در ریخته گری بر عهده دارد.

 

از جمله وظایف سیستم راهگاهی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 

  • ایجاد جریانی آرام و یکنواخت از مذاب با حداقل آشفتگی و تلاطم در قالب تا از جذب هوا، اکسیداسیون فلز مذاب و ماسه شویی دیواره ی قالب جلوگیری شود.

 

  • تنظیم سرعت و جهت جریان مذاب به نحوی که قبل از انجماد از پر شدن کامل قالب اطمینان حاصل شود.

 

  • جلوگیری از ورود آخال ها، اکسیدهای سرباره ای، ذرات و مواد قالب به درون آن

 

  • ایجاد شیب دمایی مناسب از قطعه به تغذیه و در مواردی که از تغذیه استفاده نمی شود، از قطعه به طرف مجرای ورود مذاب به قالب

 

  • اقتصادی کردن تولید قطعه با رعایت راندمان مناسب ریخته گری و کاهش هزینه های تمیزکاری

 

 

در صورتی که سیستم راهگاهی به درستی طراحی و پیاده نشود، باعث بروز انواع عیوب ریخته گری (از جمله حفرات و مک های گازی و انقباضی، عیوب ناشی از ورود سرباره، آخال، ماسه و ناخالصی ها به قطعه، پر نشدن کامل قالب و بروز عیوب کم آمد و نیامد مذاب و غیره)، کاهش راندمان ریخته گری و افزایش دور ریز قطعه، افزایش هزینه های تمیزکاری و غیره می شود.

 

سیستم راهگاهی انواع و قسمت های مختلفی دارد که توسط طراح تکنولوژی ریخته گری مشخص و در قالب ایجاد می شود. اجزای یک سیستم راهگاهی کامل در شکل زیر نشان داده شده است و عبارتند از:

 

  • حوضچه بارریز یا حوضچه بالای راهگاه بارریز (pouring basin)
  • راهگاه بارریز یا لوله راهگاه (sprue)
  • حوضچه پای راهگاه یا پایاب (sprue base)
  • راهبار یا کانال اصلی (runner/crossgate)
  • کانال ممتد (runner extension)
  • راهباره یا کانال فرعی (ingate)

 

 

 

 

برخی اجزای یک سیستم راهگاهی

 

 

 

  • حوضچه بارریز:

 

حوضچه بارریز در بالای لوله راهگاه بارریز و در سطح درجه بالایی قالب قرار می گیرد. نقش اصلی حوضچه بارریز، سهولت ریختن مذاب از بوته و یا پاتیل به داخل راهگاه بارریز است. علاوه بر آن، این حوضچه باعث کاهش فشار مذاب، ممانعت از ورود سرباره و شلاکه و جذب هوا به داخل محفظه قالب و جلوگیری از ریختن مذاب به اطراف قالب می شود. حوضچه بارریز باید در تمام مدت بارریزی، پر نگه داشته شود و در هر مرحله ای که خالی بماند، هوا و سرباره وارد سیستم خواهد شد. حوضچه بارریز معمولاً در دو شکل قیفی (بیشتر برای آلیاژهای آهنی) و گلابی (بیشتر برای آلیاژهای غیر آهنی) استفاده می شود. این حوضچه ها در اکثر ریخته گری ها به صورت مواد پیش ساخته به کار گرفته می شوند، هر چند که ممکن به صورت دستی نیز در سطح درجه بالایی قالب ایجاد شود.

 

 

 

 

 

  • راهگاه بارریز:

 

مجرایی عمودی است که از حوضچه بالای راهگاه (حوضچه بارریز) شروع و تا حوضچه پای راهگاه امتداد دارد. راهگاه بارریز معمولاً مخروطی شکل است و سطح مقطع آن از بالا به پایین کاهش می یابد. دلیل مخروطی شکل بودن راهگاه بارریز، پر نگه داشتن آن و جلوگیری از ورود هوا به داخل آن است. مثال ساده برای تبیین این موضوع، جریان آب از یک شیر باز است. همه مشاهده کرده ایم که با دور شدن آب از ابتدای خروجی شیر، سطح مقطع آب به دلیل افزایش سرعت جریان کوچک تر می شود. بنابراین به دلیل اینکه همین اتفاق برای جریان مذاب در داخل راهگاه هم اتفاق می افتد، به منظور پر نگه داشتن راهگاه و جلوگیری از ورود هوا به داخل آن، راهگاه بارریز را به جای شکل استوانه ای به شکل مخروطی درست می کنند. سطح مقطع بارریز می تواند به شکل دایره و یا مستطیل باشد. توصیه شده است سطح مقطع راهگاه بارریز تا قطر ۲۰ میلی متر باید به شکل دایره باشد. راهگاه بارریز دایره ای شکل به دلیل دیرتر شرد شدن نسبت به راهگاه بارریز مستطیلی شکل، عمل مذاب رسانی به قطعه را به نحو مطلوب تری انجام می دهد. این در حالی است که از نظر کاهش تلاطم جریان مذاب و در نتیجه جلوگیری از حبس هوا در مذاب، راهگاه بارریز مستطیلی شکل بهتر عمل می کند.

 

 

 

 

 

  • حوضچه پای راهگاه:

 

وقتی مذاب در راهگاه بارریز جریان یافته و سقوط آزاد می کند، سرعت آن در قسمت پایین راهگاه بارریز به بیشترین مقدار خود می رسد. در نتیجه ی این سرعت زیاد، جریان مذاب می تواند با تلاطم و آشفتگی وارد راهبار شده و تخریب قالب و جذب هوا در خود را به دنبال داشته باشد. برای جلوگیری از وقوع این اتفاق، حوضچه ای در انتهای راهگاه بارریز تعبیه می شود تا تلاطم مذاب گرفته شود و مذاب با سرعتی مناسب و بدون جذب هوا و تخریب قالب وارد راهبار و سپس حفره قالب شود.

 

 

  • راهبار و راهباره

 

مذاب با خروج از حوضچه پای راهگاه در یک کانال اصلی جریانی می یابد تا اینکه از طریق کانال های فرعی دیگری وارد حفره قالب شود. به این کانال اصلی راهبار یا راهگاه اصلی و به کانال های فرعی که از این کانال اصلی منشعب شده و به حفره قالب (یا قطعه) متصل می شوند، راهباره یا راهگاه فرعی می گویند. راهبار با کنترل تلاطم و آشفتگی جریان مذاب، موجب انتقال آرام مذاب به درون حفره قالب و جلوگیری از ورود و حبس هوا در درون مذاب و همچنین تخریب سطوح قالب می شود. راهبار مذاب را به طور متناسب بین راهباره ها توزیع می کند. راهبار معمولاً به شکل مقطع مستطیلی، ذوزنقه ای، نیم دایره و یا مثلثی روی سطح جدایش در تای رویی یا زیرین قالب ایجاد می شود. هنگامی که بیش از یک راهباره به راهبار متصل می شود، راهبار را پله پله طراحی می کنند تا پر شدن قالب ها از راهباره ها به صورت متعادل انجام بگیرد. راهباره لبه ای، کاردکی، مدادی و شاخی شکل از انواع متداول راهباره ها هستند. محل اتصال راهباره ها به راهبار و قطعه ریختگی از مسائل مهم تکنولوژی ریخته گری است. تعیین این محل اتصال با توجه و رعایت نکات زیر انجام می گیرد:

 

  • ذوب ریزی از قسمت ضخیم قطعه انجام گیرد.
  • مذاب سریع و بدون مقاومت وارد حفره قالب شود.
  • تمیزکاری قطعه به آسانی انجام بگیرد.

 

 

  • کانال ممتد

 

معمولاً راهبار پس از آخرین راهباره انشعابی از آن، کمی امتداد پیدا می کند که به آن کانال ممتد می گویند. کانال ممتد کمک می کند تا سرباره، شلاکه و مواد ناخواسته موجود در مذاب به این قسمت انتهایی کشیده شده و از طریق راهباره ها به درون قطعه راه نیابند.

 

 

 

 

تعیین نوع، محل و اندازه های مناسب برای قسمت های مختلف یک سیستم راهگاهی، پایه و اساس تکنولوژی ریخته گری است و علاوه بر کیفیت و سلامت قطعه، راندمان ریخته گری و هزینه های تولیدی را نیز کنترل می کند. با سیستم های راهگاهی که ایجاد تلاطم کمتری می کنند می توان به قطعات سالم تر و ضایعات کمتر دست یافت. تقدم و تاخر کامل در پر شدن قسمت های مختلف ضروری است تا از ورود هوا به همراه امواج مذاب به درون قالب جلوگیری شود. برای آشنایی بیشتر با اصول طراحی سیستم های راهگاهی، مطالعه کتاب های فارسی زیر راهنمای خوبی خواهد بود:

 

  • اصول طراحی سیستم های راهگاهی و تغذیه گذاری چدن ها – رحمان خسروی
  • نگرشی نوین بر طراحی سیستم های راهگاهی – دکتر بوترابی و همکاران
  • ریخته گری پیشرفته – جان کمبل – ترجمه دکتر بوترابی و مهندس بالی
  • انجماد و اصول متالورژیکی ریخته گری – دکتر حجازی

 

 

 

انواع سیستم راهگاهی:

 

یکی از شرایط لازم برای عملکرد درست یک سیستم راهگاهی، این است که سطوح مقاطع مربوط به راهگاه بارریز، راهبار و راهباره ها دارای نسبت مناسبی باشد. به این نسبت، نسبت راهگاهی می گویند و عامل موثری در کنترل سرعت و فشار مذاب است. بر اساس این نسبت، سیستم های راهگاهی به سه نوع فشاری (همگرا)، غیر فشاری (واگرا) و غیرفشاری-فشاری دسته بندی می شود.

 

در سیستم فشاری، مجموع سطوح راهباره ها دارای کمترین سطح مقطع است، بنابراین بیشترین فشار مذاب هم در راهباره ها خواهد بود. در نتیجه مذاب به صورت جت سیال وارد حفره قالب می شود. در این سیستم، ترجیحاً قسمت تحتانی راهبار و راهباره در یک سطح قرار می گیرند تا مذاب تمیز پس از شناوری سرباره، از قسمت زیرین وارد قالب شود.

 

یک سیستم فشاری ساده

 

 

در سیستم غیر فشاری، کانال ها در هر مرحله نسبت به مرحله قبلی بزرگ تر می شوند، بنابراین سرعت حرکت مذاب در هر مرحله کمتر می شود و مذاب قبل از رسیدن به حفره قالب فرصت بیشتری جهت آرام شدن پیدا می کند. پس در این سیستم، مجموع سطوح راهباره ها دارای بیشترین سطح مقطع و کمترین فشار مذاب است. در این سیستم، معمولاً راهبار در درجه پایین و راهباره در درجه بالا قرار می گیرد، لذا مذاب قبل از پر کردن کامل راهبار امکان جریان یافتن در راهباره را ندارد.

 

یک سیستم غیرفشاری ساده

 

 

سیستم غیر فشاری-فشاری، ترکیبی از مزایای دو سیستم غیر فشاری و فشاری را در بردارد. در این سیستم، ابتدا کنترل جریان مذاب توسط پای راهگاه صورت می گیرد و پس از پر شدن راهباره ها و ورود مذاب به محفظه قالب، راهباره ها این عمل را انجام می دهند. در این سیستم، راهباره ها در بالای راهبار قرار دارند.

 

قبل از توضیح بیشتر در خصوص انتخاب از بین این سیستم ها، یک نکته ای از قلم نیفتد و آن اینکه: به کوچک ترین سطح مقطع در سیستم، تنگه (choke) می گویند. تنگه کنترل کننده دبی و الگوی جریان مذاب در قالب است.

 

 

… این نوشته در حال کامل شدن است و تصاویر اختصاصی هم در مورد اجزای سیستم راهگاهی اضافه خواهد شد

ارسال دیدگاه