مکانیک و ماشین ابزار (ساخت و تولید)
ساخت و تولید،ماشین ابزار،مکانیکمکانیک و ماشین ابزار (ساخت و تولید)
ساخت و تولید،ماشین ابزار،مکانیکریختهگری گریز از مرکز
لینک ویدئو برای این موضوع :
گرداوری : فرهاد طالبیان ریزی
لطفاً نظر خود را در مورد این مقاله بیان فرمایید .
ریخته گریریخته گری یکی از مهمترین فرآیند های تولید است ، به طوری که مثلا در ایالات متحده آمریکا که یک کشور توسعه یافته صنعتی می باشد، ریخته گری از نظر حجم در مقام ششم صنایع اساسی قرار دارد. یک موتور 8 سیلندر اتومبیل ممکن است تا حدود 130 قطعه ریخته گری داشته باشد. قطعات ریخته گری (ریختگی) از نظر اندازه از حدود 1 میلیمتر با وزن کمتر از 1 گرم مانند دندانه یک زیپ لباس شروع و ممکن است تا حدود 10 متر با وزن چندین تن، مانند قطعات کشتی های بزرگ اقیانوس پیما برسد.
در فرآیند ریخته گری اگر قطعه حاصل از تولید به شکل نهایی باشد آن را قطعه ریختگی (Casting) و اگر به شکل واسطه باشد که بعدا به شکلها و مقاطع مختلف تبدیل شود آن را شمش (Ingot) می نامند. ریخته گری اساسا به فرآیندی گفته می شود که طی آن ماده مذاب ( معمولا یک فلز مذاب) در فضای خالی قالبی که قبلا تهیه شده ریخته می شود ، تا پس از انجماد شکل نهایی قالب را به خود بگیرد. امتیاز مهم ریخته گری در امکان تهیه اشکال پیچیده، قطعات با سطوح منحنی نامنظم، قطعات خیلی بزرگ و قطعاتی که امکان ماشینکاری آنها دشوار است، می باشد.امروزه تقریبا تمام فلزات را می توان ریخته گری کرد، اما این نکته همیشه باید مد نظر باشد که از هر فرآیند شکل دهی زمانی استفاده می کنیم که در مقایسه با روشهای دیگرمقرون به صرفه بوده و دسترسی به تجهیزات و لوازم آن آسان باشد. البته هر فرایند شکل دهی مواد از عواملی نظیرتعداد ، اندازه، کاربرد قطعه و توجیه فنی و اقتصادی تاثیر پذیر خواهد بود.
فلزاتی که غالبا در ریخته گری مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: آهن، فولاد، آلومینیم، برنج، برنز، منگنز و بعضی از آلیاژهای روی. در میان این فلزات آهن از نظر خواص مطلوب ریخته گری از قبیل سیالیت در حالت مذاب، انقباض نا چیز بعد از سرد شدن ، استحکام کافی و موارد کاربرد ، بیش از سایر فلزات به روش ریخته گری شکل داده می شود. در حالیکه فلزات دیگری از قبیل آلومینیوم به علت وزن کمتر و مشخصات مخصوص در بعضی از صنایع از قبیل صنعت خودرو سازی ، به تدریج جای آهن را می گیرد.
عموما مراحل ریخته گری فلزات به شرح زیر است :
1- طراحی قطعه مورد نظر و تهیه نقشه ریخته گری از آن.
2- تهیه مدل مناسب قطعه از روی نقشه های ریخته گری.
3- تهیه مذاب از فلز مورد نظربا آنالیز مطلوب.
4- تهیه قالب مناسب یا فضای خالی که به شکل قطعه است.
5- تهیه ماهیچه برای مناطق تو خالی قطعه ریختگی و نصب آن در داخل قالب.
6- ریختن فلز مذاب به داخل قالب با دما و سرعت مناسب به طوریکه گازهای متصاعد شده بتوانند از داخل قالب خارج شوند و فضای قالب به طور کامل از فلز مذاب پر شود.
7- کنترل سرد شدن فلز مذاب در داخل قالب به طوری که بر اثر انقباض، فضای خالی یا حفره در داخل قطعه ایجاد نشود.
8- بعد از انجماد قطعه ریختگی به راحتی باید بتواند از درون قالب بیرون بیاید.
9- قسمت های اضافی که به قطعه چسبیده اند باید به آسانی از قطعه جدا شوند.
تهیه قالب
تهیه قالب یکی از مهم ترین مراحل ریخته گری فلزات می باشد. توجیه پذیری اقتصادی، تعداد قطعه، اندازه قطعه، کیفیت سطح قطعه، پیچیدگی شکل قطعه از عوامل مهمی هستند که در قالب گیری یا تهیه قالب قطعات ریختگی باید مدنظر قرار بگیرند. امروزه مهمترین روشهای قالب گیری ( تهیه قالب) فلزات به شرح زیر می باشند:
1- ریخته گری در قالب ماسه ای
2- ریخته گری در قالب دائمی بدون فشار
3- ریخته گری در قالب دائمی تحت فشار( دایکاست)
4- ریخته گری گریز از مرکز که عمدتا در داخل قالب های فلزی صورت می گیرد. گرچه ممکن است در داخل قالب های ماسه ای نیز انجام شود.
5- ریخته گری بامدل های ذوب شدنی( Lost Wax Casting وLost Foam Casting ) که ریخته گری دقیقی برای قطعات بسیار بزرگ تکی می باشد.
6- ریخته گری پوسته ای ( Shell Molding )
7- ریخته گری در قالب گچی ( Plaster Molding) که معمولا برای قطعات دقیق و زینتی به کار می رود که از آلیاژهایی که نقطه ذوب پائینی ( کمتر از 1000 درجه سانتیگراد ) دارند، ساخته می شوند.
تهیه مدل
مدل دقیق مشابه قطعه ریختگی می باشد که تغییراتی بر حسب نیاز بر روی آن انجام می شود. مدل های دائمی بر حسب تعداد قطعات ریختگی از چوب، پلاستیکهای فشرده یا آلومینیم ساخته می شوند.
در ساخت مدل پارامترهایی باید مد نظر قرار بگیرند که عبارتند از:
1- اعمال ضریب انقباض فلز
2- شیب مدل
3- گوشت اضافی برای ماشین کاری
اعمال ضریب انقباض فلز
معمولا اکثر فلزات به هنگام انجماد انقباض حجمی از خود نشان می دهند و قطعه پس از انجماد به طور پیوسته تا رسیدن به دمای محیط منقبض می شود. این انقباض ممکن است تا 6 درصد نیز برسد. بنابراین در ساختن مدل حتما باید انقباض حجمی فلز منظور شود. نسبت کاستی به حجم قطعه موجود به بیش از 2 درصد یا 25/0 اینچ در فوت می رسد. ضریب انقباض برای چند فلز معمول مهندسی به شرح زیر است:
چدن 8/0 % الی 1 %
فولاد 5/1 % الی 2 %
آلومینیم 1 % الی 3/1 %
منیزیم 1 % الی 3/1 %
برنج وبرنز 5/1 %
معمولا این ضرایب بر روی خط کش های مخصوص اعمال می شوند که مدل ساز برای ساخت مدل از خط کش مخصوص استفاده می کند.اگر قرار باشد مدل فلزی از روی مدل چوبی ریخته گری شود ، در مدل چوبی علاوه بر ضرایب انقباض قطعه، ضرایب انقباض مدل فلزی نیز منظور می شود.البته استفاده از خط کش های انقباض باید با دقت کافی انجام گیرد، زیرا انقباض حرارتی تنها عامل موثر بر تغییر ابعاد هنگام انجماد نیست. تبدیل های فازی (شامل واکنش های یوتکتویدی، مارتنزیتی و گرافیتی شدن) نیز می توانند موجب انقباض ها یا انبساط های قابل توجهی شوند.
شیب مدل
در ریخته گری مدل های دائمی حتما باید مدل بتواند به راحتی از داخل قالب بیرون بیاید. بنابراین قالب معمولا دو تکه است. رعایت دقت محل جدایش یا سطح جفت شونده دو قسمت قالب بسیار مهم است. همچنین برای سطوحی از مدل که به موازات جهت خروج از قالب هستند، باید شیب مناسبی منظور نمود. اگر سطوح مدل دقیقا به موازات جهت خروج از قالب باشد بر اثر اصطکاک سطوح مدل با دیواره های قالب در موقع درآوردن مدل از قالب سطوح و دیواره های قالب کنده می شود. این اشکال در گوشه ها و زاویه های تیز دیده خواهد شد. برای جلوگیری از این کار در این گونه صفحات شیبی منظور می شود که با شکل ، اندازه و عمق مدل در ماسه متناسب می باشد.
گوشت اضافی برای ماشین کاری
در اکثر قطعات ریختگی ، قطعات بعد از فرآیند ریخته گری، برای رسیدن به صافی سطح مطلوب و اندازه واقعی به انواع مختلفی از عملیات ماشین کاری نیاز خواهند داشت. برای انجام این ماشین کاری ها ابعاد مدل یا قطعه ریخته گری را تا اندازه ای بزرگتر از قطعه واقعی درنظرگرفته می شود.این ابعاد اضافی راگوشت اضافی برای ماشین کاری می نامند.
آماده سازی ماسه قالب گیری
ماسه ای که برای ساخت قالب های ریخته گری به کار می رود عمدتا اکسید سیلیسم(SiO2) است. برای فلزاتی که نقطه ذوب بالایی دارند، از قبیل فولادها، از اکسید زیرکونیم(ZrO2) استفاده می شود.قالبی که از ماسه ساخته می شود باید استحکام کافی برای ریخته گری سالم قطعه مورد نظر را داشته باشد. علاوه بر آن هر ماسه ریخته گری حتما باید دارای مشخصات زیر باشد:
1- دیر گدازی یا قابلیت تحمل دمای فلز ریخته گری
2- چسبندگی یا قابلیت نگهداشتن شکل مطلوب پس از قالب گیری
3- نفوذ پذیری یا قابلیت عبور دادن گازها از خود
4- قابلیت متلاشی شدن پس از انجماد فلز
برای تعیین مشخصات ماسه آزمایشهای استانداردی روی ماسه انجام می گیرد که عموما پارامترهای زیر را تعیین می کند:
1- شکل ماده
2- اندازه دانه
3- توزیع دانه بندی
4- دمای ذوب ماسه
5- ناخالصی های ماسه ( میزان خاک رس و سایر اکسیدهای زود گداز)
6- سختی، استحکام، نفوذ پذیری بعد از فشرده شدن ( تر و خشک)
7- تاثیر مقادیر افزودنی ها روی خواص ماسه
مختصری درباره ی فرآیند انجماد در ریخته گری
انجماد عامل ایجاد بسیاری از ویژگی های ساختمانی است که کنترل کننده خواص محصول نهایی هستند. بسیاری از نواقص ریخته گری از قبیل انقباض و تخلخل گازی از فرایند انجماد حاصل می شوند، که با دقت در فرایند و اشراف به نواقص حاصله تا حدود زیادی می توان از شدت این نواقص بکاهیم. هر فرایند انجماد شامل دو مرحله می باشد که عبارتند از : جوانه زنی و رشد.
جوانه زنی
هنگامی که یک ذره جامدوپایداردرمایع مذاب تشکیل شود به این عمل جوانه زنی (هسته سازی) می گوییم.هنگام تبدیل به فاز جامد انرژی داخلی ماده کاهش می یابد ، زیرا در دماهای پایین تر، فاز جامد پایدارتر از فاز مایع است. در همین هنگام سطوح مشترکی بین نطفه های جامد و مایع مذاب اطراف تشکیل می شود که این عمل نیازمند انرژی است. به همین علت جوانه زنی در دمایی که قدری کمتر از نقطه ذوب تعادلی فلز است، شروع می شود. به اختلاف بین دمای نقطه ذوب و دمای شروع جوانه زنی، فوق تبرید می گویند.
دربیشترکارگاه های بزرگ ریخته گری قبل ازریختن مذاب به درون قالب مقداری ناخالصی به آن اضافه می کنند ( به این عمل تلقیح یا پالایش دانه نیز می گویند). دلیل این کار این است که در این حالت انجماد بدون ایجاد یک فصل مشترک کامل گرد هسته صورت می گیرد.معمولا جداره های داخلی قالب و ذرات جامدی که به عنوان ناخالصی وارد مذاب شده اند، این سطوح را تشکیل می دهند. از آنجا که هر جوانه به بلور یا دانه ای در قطعه ریختگی منجر می شود و از طرفی ساختار ریز دانه دارای خواص مکانیکی و استحکام بهتری است، لذا هر عاملی که موجب هسته گذاری شود موجب بالا رفتن کیفیت محصول نهایی می شود. در نتیجه ذرات جامد ناخالصی مکانهای زیاد مناسبی برای جوانه زنی در سرتاسر قطعه به وجود می آورند و در نتیجه محصول ریزدانه و یکنواخت به دست می آید.
رشد
رشد وقتی صورت می گیرد که گرمای نهان ذوب به طور پیوسته از فاز مایع خارج شود.جهت، آهنگ و نوع رشد با با نحوه خارج کردن حرارت از فاز مایع ارتباط دارد. برای جبران نقیصه انقباض ، ماده مذابی که در طرف مایع وجود دارد، به طور پیوسته به طرف قالب جریان می یابد. هرچه آهنگ سرد کردن سریع تر باشد، ماده حاصله ریزدانه تر و در نتیجه دارای خواص مکانیکی بهتری خواهد بود.
فن شکل دادن فلزات و آلیاژها از طریق ذوب، ریختن مذاب در محفظه‌ای به نام قالب و آنگاه سرد کردن و انجماد آن مطابق شکل محفظه قالب می‌باشد. این روش قدیمی‌ترین فرآیند شناخته شده برای بدست آوردن شکل مطلوب فلزات است. اولین کوره‌های ریخته‌گری از خاک رس ساخته می‌شدند و لایه‌هایی از مس و چوب به تناوب در آن چیده می‌شد.
ریخته‌گری هم علم است و هم فن و هم هنر است و هم صنعت. به هر میزان که ریخته‌گری از حیث علمی پیشرفت می‌کند، ولی در عمل هنوز تجربه، سلیقه و هنر قالب ساز و ریخته‌گر است که تضمین کننده تهیه قطعه‌ای سالم و بدون عیب است. این فن از اساسی‌ترین روشهای تولید می‌باشد. به دلیل اینکه بیشتر از ۵۰ درصد از قطعات انواع ماشین آلات به این طریق تهیه میشوند. فلزاتی که خاصیت پلاستیک کمی دارند با قطعاتی که دارای اشکال پیچیده هستند، به روش ریخته‌گری شکل داده میشوند.
از دیدگاه نوع قالب روشهای ریخته‌گری به دو دسته تقسیم میشوند: ریخته‌گری انبساطی و غیر انبساطی.
اما ریخته گری با توجه به تکنولوژی و مجموعه تجهیزاتی که در قالب گیری دخیل هستند شامل موارد زیر می شود: ریخته گری در قالب ماسه ای، ریخته گری به روش ریژه (قالبهای فلزی)، ریخته گری در قالب فلزی و با فشار کم، ریخته گری در قالب فلزی و با فشار بالا، دیزاماتیک، ریخته گری دقیق، ریخته گری در قالبهای کوبشی. هر یک از موارد فوق دارای کاربردی است، که با توجه به میزان تولید قطعه، کیفیت مورد نظر آن، ابعاد و جنس قالب، از هر یک از این روشها استفاده می شود
داود دستپاک. «فصل اول». فرهنگ لغات و اصطلاحات ریخته گری. چاپ اول، تهران: 1385، ISBN 964-06-8579-8، صفحه 33.
عیوب ریخته گری گریزازمرکز ( بخش 1 )
برچسبها: ریخته گری
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
1- ریخته‌گری گریز از مرکز حقیقی
2- ریخته‌گری نیمه گریز از مرکز
3- ریخته‌گری تحت نیروی گریز از مرکز یا قطعات گریز از مرکز شده
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 خواهدبود.این روش برای قطعات استوانه ای استفاده میشود.
ریختگری شبه گریز از مرکز:
در این روش قالبها از جنس ماسه ای می باشند که درجه ها روی یک صفحه دوار قرار می گیرند که برای ریختگری قطعات دیسکی شکل کاربرد دارند
ریختگری قطعات گریز از مرکز شده:
قالب از جنس ماسه می باشد صفحات به شکل متقارن در اطراف سیستم راهگاهی قرار میگیرند که مذاب تحت نیروی گریز از مرکز به داخل قالبها هدایت می شود.
نکته قابل توجه در این روش این است که اگر این قالب ها غیر متقارن باشند یک طرف آن سنگین و طرف دیگر سبک شده و باعث بر هم خوردن بالانس مکانیکی دستگاه میشود و درجه به بیرون پرت میشود.
در این روش در قطعات استوانه ای هر چه فلز وزن مخصوص بیشتری داشته باشد نیروی گریز از مرکز بیشتر میشود که این باعث بالا آمدن ناخالصی ها میشود و همچنین چون جهت سرد شدن مذاب از سطح خارجی به داخلی می باشد حفرات انقباضی به سطح داخلی آمده و با یک بار ماشین کاری سطح داخلی لوله ها می توانیم لوله های سالمی داشته باشیم ولی از نظر اینکه باعث جدا شدن عناصر آلیاژی با وزن مخصوص متفاوت و فازهای باوزن مخصوص کم میشود عیب دارند. هر چه سرعت دوران بیشتر باشد نیروی گریز از مرکز بیشتر میشود و فاصله بین جدار قالب و قطعه کمتر شده و جدا شدن قطعه مشکلتر میشود ولی کیفیت ابعادی و خواص مکانیکی آن بیشتر می شود
آلیاژهایی که در این روش ریختگری میشوند:
1)چدن : لوله های مورد استفاده در آب وفاضلاب و بوش های چدنی
2) فولادها: ساده کربنی ، کم آلیاژ ، پر آلیاژ
مزایای تولید قطعات به روش گریز از مرکز:
امکان تولید قطعات از جنس آلیاژهای آهنی و غیر آهنی
امکان ریختن فلزات با وزن مخصوص یا دانسیته بالا
بالا بودن راندمان ریختگی در حدود 95درصد برای روش حقیقی
بالا بودن خواص مکانیکی
سرعت تولید بالا
وبا توجه به موارد سه وپنج این روش کاملا اقتصادی است
معایب این روش:
محدودیت شکل قطعات
نیاز داشتن به عملیات حرارتی جهت تنش زدایی
عیوب در قطعات تولیدی به روش گریز از مرکز:
جدایش: مهمترین عیب این روش می باشد که با افزایش سرعت سرد کردن میتوانیم این عیب را بر طرف کنیم
نیامد کردن:که با افزایش دمای ذوب ، ایجاد سرعت دوران یکنواخت وافزایش سیالیت می توان برطرف نمود
حباب های گازی : با خشک کردن کامل پوشش می توان بر طرف نمود
ترکها:
ترکهای طولی : که در اثر سرد بودن بار و یا کاهش سرعت دوران قالب بوجود می آید و با افزایش دمای مذاب می توانیم آن را بر طرف کنیم
ترکهای عرضی : به علت عدم انقباض آزاد تحت تاثیر سرعت سرد شدن بالا ایجاد می شود و با کاهش سرعت سرد شدن رفع می شود
شرایط لازم برای تولید قطعات سالم :
پخش سریع و یکنواخت مذاب در داخل قالب
انجماد جهت دار از سمت پوسته قالب به سمت حفره داخلی قالب
تجمع ناخالصی ها و حفرات گازی و انقباضی در پوسته داخلی لوله تولیدی
پارامتر های تکنولوژی قالب:
سرعت بارریزی:
سرعت باید بهینه باشد یعنی حداقل سرعتی باشد که منجر به تولید قطعات سالم میشود که با تجربه بدست می آید. اگر کمتر باشد باعث پر نشدن ،سرد جوشی و... میشود واگر بیشتر باشد زمان انجماد بیشتر است و باعث ایجاد ترکهای طولی میشود
دمای بارریزی:
فوق ذوب بستگی به شکل وابعادو جنس قطعه دارد.افزایش فوق ذوب باعث کم کردن قدرت تبریدی قالب و افزایش زمان انجماد وایجاد پدیده جدایش و درشت دانگی میشود ونیز میتواند باعث ریزش مذاب در اثر سرد نشدن آن در سطح قالب شود ونیز باعث لغزش مذاب به دلیل منجمد نشدن مذاب در هنگام رسیدن به هم میشود
دمای قالب :
افزایش دما باعث انبساط حرارتی بیشتر قالب میشود و باعث افزایش فاصله هوایی و نیز بیشتر شدن زمان انجماد .کاهش دمای قالب باعث کاهش میزان انبساط شده و نیروهای انقباضی به قطعه میشود و ترک ایجاد میشود دمای بهینه بین 150تا 200 درجه سانتیگراد می باشد
در این قسمت به صورت خلاصه به عیوب دو نوع از انواع قطعاتی که در این روش ریخته میشود می پردازیم
1)عیوب لوله های چدنی
2)عیوب پیستون های چدنی
هر دوی این قطعات به روش حقیقی و در حالت افقی ریختگری می شوند
1)عیوب لوله های چدنی
اغلب عیوبی که در تهیه لوله‌ها از طریق ریخته‌گری گریز از مرکز به وجود می‌ایند همانهایی هستند که در ریخته‌گری ثقلی ایجاد میشوند و اغلب تاثیر مشترک چند عامل می‌باشند. در اینجا به معرفی مهمترین عیوب ایجاد شده در فرایند لوله‌ریزی لوله‌های چدنی پرداخته و به طور جمال علت یا علل شناخته شده، توضیح داده میشود.
عیب ترک
الف- ترک گرم یا پارگی یکی از نقایص این روش است. بعد از ورود مذاب به قالب و زمانی که اولین لایه منجمد میشود، مذابی در پشت این پوسته منجمد شده قرار دارد و به واسطه حرکت دورانی بر آن فشار وارد می‌کند. این فشار در پوسته استوانه‌ای شکل در حال انقباض، تنشهای محیطی ایجاد می‌کند. در همین حال در ضخامت منجمد شده قطعه یک انقباض و در قالب به سبب افزایش درجه حرارت آن، یک انبساط حرارتی به وجود می‌آید که سبب شکل‌گیری یک فاصله هوایی گشته و قطعه از حمایت سرتاسری قالب محروم می‌ماند. در این زمان اگر تغییر شکل ناشی از تنش محیطی فراتر از مقاومت گسیختگی فلز در آن درجه حرارت گردد، پوسته دچار ترک طولی می‌گردد. البته در صورت پر شدن این ترک با مذاب نیز عیب به نام عیب سردجوشی در سطح تماس ایجاد می گردد.
روشهای جلوگیری از بروز این نقص عبارتند از:
کاهش درجه حرارت ریخته‌گری، کاهش سرعت ریخته‌گری، افزایش درجه حرارت پیش‌گرم قالب، به کارگیری سرعت دورانی کمتر در شروع ریخته‌گری و افزایش ضخامت تقالب با استفاده از لایه پوشش عایق در سطح داخلی قالب.
ب) ترکهای عرضی
ترکهای عرضی از دیگر نقایص ایجاد شده در لوله می‌باشد که میتواند در نتیجه تمرکز شدید تنشهای حرارتی و یا به خاطر انبساط گرافیت و گیر کردن لوله در قالب ایجاد شود.
عیب چروک خوردن سطح لوله‌ها
چروک یکی دیگر از معایب ایجاد شده در لوله‌هاست. در سطح خارجی لوله چروکیدگیهایی ایجاد شده که عمدتا در جهت عرضی می‌باشد. این عیب به خصوص در لوله‌های چدنی نشکن، با افزایش کربن معادل خصوصا در نتیجه افزایش سیلیسیم تشدید می‌گردد و بدین صورت توجیه می‌گردد که اگر آزاد شدن گرافیت در پوسته جامد اولیه زیاد باشد، موجب انبساط این پوسته می‌گردد و چون راهی برای انبساط لوله به دلیل چسبندگی به قالب (فلزی) وجود ندارد، نیروی فشار بالایی در طول انباشته شده که نهایتا در مناطق خاصی موجب انحناء و خم شدن پوسته اولیه می‌گردد.
عیوب ریخته گری گریزازمرکز ( بخش 2 )
عیب بریدگی لوله
بریدگی یکی یگر از معایبی است که ناشی از کاهش سیالیت مذاب در اثر فوق گداز پایین یا عدم گرافیت‌زایی کافی(مقدار پودر جوانه‌زای داخل قالب کم و یا اصلا استفاده نشود) صورت می‌گیرد و سبب جدا شدن قسمت‌هایی از لوله از هم می‌گردد.
عیب تردی لوله
تردی لوله یکی دیگر از معایبی است که بیشتر به صورت ترک خوردگی در جریان ریخته‌گری لوله پدید می‌آید. پایین بودن کربن معادل به خصوص سیلیسیم،پایین بودن درجه حرارت ذوب‌ریزی و در نتیجه عدم حل شدن مواد جوانه‌زا، پایین بودن درصد مواد جوانه‌زا یا عدم جوانه‌زایی از دلایل شکل‌گیری این عیب می‌باشد.
عیب ساچمه‌ای شدن سطح لوله
در بعضی از نقاط سطح خارجی لوله، ذرات گلوله‌ای شکل و یا سطح کوچک و بی‌شکلی دیده میشود که با یکدیگر و با سطحی که آنها را احاطه کرده است جوش سرد خورده‌اند و در واقع بر روی سطح محبوس شده‌اند. ذوب‌ریزی نادرست از ناودان، عدم به کارگیری لوچه در سر ناودان، علت تشکیل این عیب می‌باشد.
عیب حفره‌های نشتی یا سوراخ شدن لوله‌ها
معمولترین و متداولترین عیب موجود در لوله‌های چدنی نشکن، تولید شده به روش ریخته‌گری گریز مرکز در قالبهای فلزی، عیب سوراخ شدن لوله‌ها می‌باشد که معمولا در جهت شعاع و در جهت انجماد شکل میگیرند. این حفرات از سطح خارج لوله‌ها شروع شده و به سمت سطح داخلی لوله ادامه می‌یابند. ریشه بروز این عیب هنوز به طور کامل مشخص نیست وعلل مختلفی را می‌توان به طور جداگانه در ایجاد این عیب موثر دانست. یکی از محتمل‌ترین علت‌هایی که وجود دارد امکان وقوع واکنش شیمیایی تولید کننده گاز ما بین مذاب و قالب و یا گازهای خارج شده از پوشش قالب می‌باشد. در پژوهش حاضر، سعی شده است تا مکانیزم واقعی تشکیل این عیب تشخیص داده شده و راه‌حل‌هایی برای جلوگیری از ایجاد آن ارائه گردد.
روش تولید:
سانتری فیوژ حقیقی به روش افقی از جنس چدن خاکستری
نوع محصول: بوش سیلندر
روش تولید:
از طریق پوشش دهی غالب نوع پوشش ماسه سیمیسی+بنتونیت+آب و ذوب ریزی تحت فشار نیروی گریز از مرکز.
جنس غالب های نگهدارنده فولادی
عیوب سانتری فیوژ:
عیوب سطحی و ماکروسکوپی
الف. شسته شدن پوشش:
در زمانی که غالب سرد بوده است و یا زمان پوشش دهی به غالب تا بار ریزی کم باشد و پوشش خشک نشده باشد در اثر بارریزی به داخل غالب پوشش جداره شسته می شود که این امر باعث ایجاد تبرید موضعی و یا در موارد حاد چسبیده شدن ذوب به غالب و ضایع گردیدن محصول و غالب می شود که راه جلوگیری از این عیب بیش گرم کردن غالب به میزان کافی (که بتواند رطوبت پوشش را از بین ببرد) و یا استفاده از پوشان ها با پایه الکلی و غیره که در درجات حرارت پایین تر خشک گردد.
ب.عیوب ابعادی:
که شامل کلیه ی عیوبی می گردد که به دلیل نا مناسب بودن ابعاد قالب و یا میزان لنگی قالب در هنگام دوران ایجاد گردد که باعث عدم انتباق محصول تولیدی با محصول مورد نظر (نقشه ی خاص مشتری) گردد و در صورت لنگی بیش از حد دستگاه نیز به دلیل تولیدات لنگ ضایع می گردد.
ج.اتصال سرد و یا سرد جوشی:
در صورت نا مناسب بودن دمای بارریزی و یا در هنگام انتقال ذوب از پاتیل به غالب های سانتری فیوژ در صورت نا مناسب بودن دمای پاتیل و غالب باعث سرد شدن ذوب می گردد و محصول تولیدی دارای عیب سرد جوشی می گردد که جهت رفع این عیب میبایستی دمای بارریزی بالاتر انتخاب گردد و وسایل انتقال ذوب نیز قبل از استفاده بیش گرم گردد.
د. ایجاد زائدهدر محصول سانتیری فیوژ(جداره خارجی محصول)
به دلیل تمیز ننمودن پوشش قبلی و باقی ماندن زوائد اضافی محصول تولیدی قبل ممکن است باعث ایجاد زائده و یا حفره ی نا خواسته در محصول تولیدی نماید که این مورد پس از شات نمودن محصول قابل مشاهده می باشد که در صورت باقی ماندن زائده های فلزی باعث سختی موضعی در محصولات و غیر قابل ماشین کاری بودن این نواحی می گردد.
ه. بیرون زدگی ذوب از غالب:
به دلیل نیروی گریز از مرکز و فشار ایجاد شده ذوب روی جداره های غالب در صورت کم بودن استحکام غالب باعث بیرون زدگی ذوب می گردد که این امر بیشتر در سر محصولات تولیدی و محل نصب سر غالب بیشتر مشاهده می گردد.
عیوب میکروسکوپی:
الف. سوسه:
عیوب سوسه نیز همانند سایر محصولات تولیدی آهنی و غیر آهنی نیز در محصولات تولیدی سانتری فیوژ مشاهده می گردد که این عیب به دو دسته تقسیم می شود:
1. سوسه ی تشکیل شده به دلیل انقباض:
که در این مورد با توجه به جبهه ی انجماد که معمولا در روش سانتری فیوژ شروع جبههی انجماد از طرف دیواره ی غالب به داخل می باشد و همچنین پیشرفت جبههی انجماد داخلی که با سطح هوا در تماس می باشد باعث ایجاد سوسه در قسمت داخل محصولات تولیدی می گردد(زیر پوستی) که اعم این نوع از عیوب مربوط به سوسه های انقباضی می باشد که جهت رفع عیوب می بایستی با افزایش کربن معادل میزان انقباض را به حداقل رساند و یا با گرم نگهداشتن لایه های داخلی ذوب پیشرفت جبهه ی انجماد از طرف دیواره به داخل محصول را افزایش داد.
2. سوسه های ناشی از آخال، سرباره و...
در روش تولید سانتری فیوژ به دلیل نیروی گریز از مرکز کلیه ی آخال و ناخالصی ها شامل اکسیدها، سولفیدها، نیتریدها و ... که در هنگام تشکیل ذوب به صورت آخال فیزیکی می باشد به داخل محصول هدایت گردیده و در اضافه تراش مجاز ماشین کاری قرار گرفته و بعد از ماشین کاری داخلی از بین خواهند رفت. ولی در مواردی که ذوب سرد بوده است و یا آخال ها و ناخالصی ها در هنگام انجماد بوجود آمده اند و یا در مقادیر زیاد موجود می باشند این آخال ها و نا خالصی ها در لایه های زیرین (نزدیک به دیواره ی غالب) نیز باقی می مانند که پس از ماشین کاری نیز قابل روئیت می باشند که راه های جلوگیری از این عیب استفاده از قرازه ها و مواد شارژی مطلوب، مناسب بودن دمای بارریزی و به اندازه ی کافی در نظر گرفتن اضافه تراش مجاز می باشد
ب. جدانشینی:
در محصولات تولیدی سانتری فیوژ دو نوع جدایش بوجود می آید:
الف. جدانشینی میکروسکوپی:
که در اثر نیروی گریز از مرکز که باعث دوگانگی ساختار میکروسکوپی و سختی سنجی در داخل و خارج محصول تولید شده می گردد که این مورد به دلیل نوع انجماد (از دیواره ی غالب به داخل محصول می باشد که معمولا سرعت انجماد در نزدیک دیواره بسیار تند و سریع می باشد و به تدریج که ضخامت جامد شده بیشتر می گردد سرعت انجماد آهسته تر می گردد که این امر با توجه به کاربری بوش سیلندرها یک مزیت خوب برای سانتری فیوژ حساب می گردد.
ب. جدانشینی ماکروسکوپی:
که علت این امر نیز نیروی گریز از مرکز می باشد که کلیه المان ها با دانسیتی پایین تر به سمت داخل محصول و با دانسیتی بالاتر به سمت دیواره ی غالب رانده می گردد که این امر نیز در جهت جداسازی کلیه سر بارها و ناخالصی ها و آخال ها مزیت خوبی محسوب می گردد
ج. سایر عیوب:
از جمله عیوب دیگر که در تولیدات گریز از مرکز (حقیقی-تولید بوش) بوجود می آید شامل ریزش مواد ذوب به دلیل پایین بودن میزان دور دستگاه.
فشردگی بیش از حد مطلوب به دلیل افزایش دور دستگاه.
شسته شدن پوشش به دلیل نا مطلوب بودن ترکیب پوشان.
ایجاد حفره های گازی در پشت محصولات تولیدی به دلیل نا مناسب بودن پوشان و یا ترکیب آن می باشد.
ریخته‌گری گریز از مرکز ( Centrifugal casting )
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.
1- ریخته‌گری گریز از مرکز حقیقی
2- ریخته‌گری نیمه گریز از مرکز
3- 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 Lو 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 افقیقالبهای 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 مرکزفولادهی 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 :
1- سیکل تغییرات دما با دامنه 230 تا 700 درجه سانتیگراد در سطوح داخلی قالب ( زمان یک دوره تغییرات دما تقریباً 120 ثانیه است . )
2- نیروی گریز از مرکز بالا در اثر چرخش قالب با سرحت حدود 950RPM حاصل می شود .
3- تنشهای بالا در نواحی نزدیک سطح داخلی ( حدود Mpa 200 فشاری و Mpa 780 کششی )
4- خوردگی حاصل از گازها و هوا که از انجام واکنش ها حاصل می شود .
5- ترکهای خراشی در هنگام بیرون کشیدن لوله ها از قالب در جهت محور قالب
ترکیب شیمیایی فولاد قالب بسته به شرایط کاری ( مداوم ریزی ، باریزی ، سیستم آبگرد ، پوشش قالب و ... ) عمر مفید هر قالب از چند صد تا چند هزار باریزی متغیر است . در اثر شوک های حرارتی و خستگی حرارتی نهایی ، بعد از چند بار باریزی شبکه هایی از ترک در داخل قالب ایجاد می شود . که به منظور افزایش کیفیت سطح داخلی قالب و سهولت در بیرون کشیدن لوله ، قالب تحت عملیات پرداخت کاری ( سنگ زنی و آج کاری ) قرار می گیرد .
مشخصات ریخته‌گری از مرکز افقیاگر چه پارامترها و متغیرهای بسیاری بر این فرایند تاثیر گذارند، لیکن می‌توان به طور عمده موارد ذیل را برشمرد:
سرعت دورانی قالب، نوع و ضخامت پوشش، درجه حرارت ریخته‌گری، دره حرارت پیش‌گرم قالب، انتقال حرارت و الگوی انجماد به طور اجمال برخی از این موارد که اهمیت بیشتری از دیدگاه موضوع این تحقیق دارند، بررسی میشوند.انتظار اولیه از سرعت دوران این است که با به کارگیری آن ذوب به سطح داخلی قالب چسبیده و اصطلاحا توسط قالب جذب شده توزیع یکنواخت آن بر روی قالب در هر دو جهت طولی و محیطی گردد. در سرعت‌های کمتر از حد پائینی، آشفتگی جریان و پاشش ذوب به بیرون رخ داده و در سرعت‌های خیلی بالا، ترک گرم و ارتعاش بیش از حد ماشین ظاهر میشود.
برای بیان سرعت دورانی قالب بیشتر از فاکتور G (به عنوان نیروی گریز از مرکز) و سرعت زاویه‌ای استفاده میشود.
پوشش قالب در سطوح قالبهای فلزی به منظور ایجاد واسطه مناسب بین قالب و فلز مذاب در جهت تامین اهداف زیر پوششهای به کار گرفته میشود:
1- جلوگیری از چسبیدن مذاب به قالب
2- جلوگیری از خوردگی قالب توسط مذاب
3- تسهیل در امر خارج ساختن قطعه از قالب
4- کاهش شوک حرارتی اعمالی به قالب و افزایش عمر آن
5 - جلوگیری از انجماد لحظه‌ای و زود هنگام مذاب و کاهش سرعت سرد شدن قطعه (کترل انتقال حرارت در لحظه‌های اولیه)
6- کنترل سرعت و جهت انجماددر ریخته‌گری گریز از مرکز افقی، به منظورهای متفاوتی اقدام به پوشش داد سطح داخلی قالب سرعت می‌گردد که بستگی به جنس آلیاژ، درجه حرارت ذوب و خواص متالورژیکی مورد نظر، قبل از هر بار لوله‌ریزی از طریق اسپری یا در حین عمل ذوب‌ریزی از طریق سیستم پودرپاش، عمل پوشش دهی انجام میشود.به عنوان مثال در ریخته گری فولاد از پوششهای عایق، در مورد چدنهای خاکستری و نشکن از مواد گرافیت‌زا مانند پودر فروسیلیسم و در ریخته‌گری آلومینیم از پوششهای صرفا جدا کننده، استفاده می شود.رسیدن به هدفهای متفاوت و خواص متالورژیکی مطلوب، به کارگیر پوشانها را در ضخامتهای مختلف ( در مورد پودر، در مقادیر مختلف) سبب میشود. در ریخته‌گری لوله‌های چدنی محدوده این ضخامت از حود هم میلیمتر تا یک میلیمتر متغیر است.
درجه حرارت ریخته‌گری مذاب
میزان فوق‌گذاز مورد نیاز جهت تولید یک قطعه سالم بستگی به نوع فلز یا آلیاژ ریختگی، اندازه و خواص فیزیکی قالب دارد. رابطه تجربی زیر برای ریخته‌گری فلزات آهنی جهت تعیین مقدار فوق‌گداز، پیشنهاد میشود:
L = 2.4 ∆T + 110
که L طول سیالیت در آزمایش اسپیرال (mm) و ∆T میزان فوق گداز می‌باشد.
در عمل ترجیح داده میشود که درجه حرارت ریخته‌گری تا حد ممکن پایین‌ترنتخاب شود ولی همواره
باید تشکیل نواقص ناشی از دمای بارریزی پایین را مد نظر داشت به طوری که این نقایص ایجاد نشوند. دمای بارریزی بالا، نیازمند سرعت‌های دورانی زیاد می باشد به طوری که مانع از لغزش مذاب گردد، دماهای بارریزی پایین سبب لایه‌لایه‌ای شدن و تشکیل تخلخل‌های گازی می‌گردد. همچنین درجه حرارت ریخته‌گری بر سعت انجماد و مقدار جدایشاهی انجام شده تاثیر دارد.
مکانیزم انجماد در فرایند ریخته گری گریز از مرکز افقی
در ریخته گری گریز از مرکز افقی، حرارت تنها از طریق دیواره قالب که در تماس مستقیم با سیستم آبگرد است، از قطعه در حال انجماد انتقال می‌یابد. انجماد از سطح خارجی لوله که در تماس با قالب است، شروع شده و به سمت سطح داخلی ادامه می‌یابد. مهمترین عواملی که بر فرایند انجماد اثر می‌گذارند عبارتند از :
1- قالب- شامل جنس قالب، ضخامت و درجه حرارت اولیه قالب
2- ضخامت و هدایت حرارتی پوشش قالب
3- شرایط ریخته‌گری شامل میزان فوق گداز، سرعت بارریزی و سرعت دورانی
4- وجود هر گونه ارتعاش در ماشین ریخته‌گری
عیوب ریخته‌گری گریز از مرکز
اغلب عیوبی که در تهیه لوله‌ها از طریق ریخته‌گری گریز از مرکز به وجود می‌ایند همانهایی هستند که در ریخته‌گری ثقلی ایجاد میشوند و اغلب تاثیر مشترک چند عامل می‌باشند. در اینجا به معرفی مهمترین عیوب ایجاد شده در فرایند لوله‌ریزی لوله‌های چدنی پرداخته و به طور جمال علت یا علل شناخته شده، توضیح داده میشود.
عیب ترک
الف- ترک گرم یا پارگی یکی از نقایص این روش است. بعد از ورود مذاب به قالب و زمانی که اولین لایه منجمد میشود، مذابی در پشت این پوسته منجمد شده قرار دارد و به واسطه حرکت دورانی بر آن
فشار وارد می‌کند. این فشار در پوسته استوانه‌ای شکل در حال انقباض، تنشهای محیطی ایجاد می‌کند. در همین حال در ضخامت منجمد شده قطعه یک انقباض و در قالب به سبب افزای درجه حرارت آن، یک انبساط حرارتی به وجود می‌آید که سبب شکل‌گیری یک فاصله هوایی گشته و قطعه از حمایت سرتاسری
قالب محروم می‌ماند. در این زمان اگر تغییر شکل ناشی از تنش محیطی فراتر از مقاومت گسیختگی فلز در آن درجه حرارت گردد، پوسته دچار ترک طولی می‌گردد.
البته در صورت پر شدن این ترک با مذاب نیز عیب به نام عیب سردجوشی در سطح تماس ایجاد می گردد.
روشهای جلوگیری از بروز این نقص عبارتند از:
کاهش درجه حرارت ریخته‌گری، کاهش سرعت ریخته‌گری، افزایش درجه حرارت پیش‌گرم قالب، به کارگیری سرعت دورانی کمتر در شروع ریخته‌گری و افزای ضخامت تقالب با استفاده از لایه پوشش عایق در سطح داخلی قالب.
ب) ترکهای عرضی
ترکهای عرضی از دیگر نقایص ایجاد شده در لوله می‌باشد که میتواند در نتیجه تمرکز شدید تنشهای حرارتی و یا به خاطر انبساط گرافیت و گیر کردن لوله در قالب ایجاد شود.
عیب چروک خوردن سطح لوله‌ها
چروک یکی دیگر از معایب ایجاد شده در لوله‌هاست. در سطح خارجی لوله چروکیدگیهایی ایجاد شده که عمدتا در جهت عرضی می‌باشد. این عیب به خصوص در لوله‌های چدنی نشکن، با افزایش کربن معادل خصوصا در نتیجه افزایش سیلیسیم تشدید می‌گردد و بدین صورت توجیه می‌گردد که اگر آزاد شدن گرافیت در پوسته جامد اولیه زیاد باشد، موجب انبساط این پوسته می‌گردد و چون راهی برای انبساط لوله به دلیل چسبندگی به قالب (فلزی) وجود ندارد، نیروی فشار بالایی در طول انباشته شده که نهایتا در مناطق خاصی موجب انحناء و خم شدن پوسته اولیه می‌گردد.
عیب بریدگی لوله
بریدگی یکی یگر از معایبی است که ناشی از کاهش سیالیت مذاب در اثر فوق گداز پایین یا عدم گرافیت‌زایی کافی(مقدار پودر جوانه‌زای داخل قالب کم و یا اصلا استفاده نشود) صورت می‌گیرد و سبب جدا شدن قسمت‌هایی از لوله از هم می‌گردد.
عیب تردی لوله
تردی لوله یکی دیگر از معایبی است که بیشتر به صورت ترک خوردگی در جریان ریخته‌گری لوله پدید می‌آید. پایین بودن کربن معادل به خصوص سیلیسیم، پایین بودن درجه حرارت ذوب‌ریزی و در نتیجه عدم حل شدن مواد جوانه‌زا، پایین بودن درصد مواد جوانه‌زا یا عدم جوانه‌زایی از دلایل شکل‌گیری این عیب می‌باشد.
عیب حفره‌های نشتی یا سوراخ شدن لوله‌ها
معمولترین و متداولترین عیب موجود در لوله‌های چدنی نشکن، تولید شده به روش ریخته‌گری گریز مرکز در قالبهای فلزی، عیب سوراخ شدن لوله‌ها می‌باشد که معمولا در جهت شعاع و در جهت انجماد شکل میگیرند. این حفرات از سطح خارج لوله‌ها شروع شده و به سمت سطح داخلی لوله ادامه می‌یابند. ریشه بروز این عیب هنوز به طور کامل مشخص نیست وعلل مختلفی را می‌توان به طور جداگانه در
ایجاد این عیب موثر دانست. یکی از محتمل‌ترین علت‌هایی که وجود دارد امکان وقوع واکنش شیمیایی تولید کننده گاز ما بین مذاب و قالب و یا گازهای خارج شده از پوشش قالب می‌باشد. در پژوهش حاضر، سعی شده است تا مکانیزم واقعی تشکیل این عیب تشخیص داده شده و راه‌حل‌هایی برای جلوگیری از ایجاد آن ارائه گردد.
ریختگری شبه گریز از مرکز:
در این روش قالبها از جنس ماسه ای می باشند که درجه ها روی یک صفحه دوار قرار می گیرند که برای ریختگری قطعات دیسکی شکل کاربرد دارند
ریختگری قطعات گریز از مرکز شده:
قالب از جنس ماسه می باشد صفحات به شکل متقارن در اطراف سیستم راهگاهی قرار میگیرند که مذاب تحت نیروی گریز از مرکز به داخل قالبها هدایت می شود.
نکته قابل توجه در این روش این است که اگر این قالب ها غیر متقارن باشند یک طرف آن سنگین و طرف دیگر سبک شده و باعث بر هم خوردن بالانس مکانیکی دستگاه میشود و درجه به بیرون پرت میشود.
در این روش در قطعات استوانه ای هر چه فلز وزن مخصوص بیشتری داشته باشد نیروی گریز از مرکز بیشتر میشود که این باعث بالا آمدن ناخالصی ها میشود و همچنین چون جهت سرد شدن مذاب از سطح خارجی به داخلی می باشد حفرات انقباضی به سطح داخلی آمده و با یک بار ماشین کاری سطح داخلی لوله ها می توانیم لوله های سالمی داشته باشیم ولی از نظر اینکه باعث جدا شدن عناصر آلیاژی با وزن مخصوص متفاوت و فازهای باوزن مخصوص کم میشود عیب دارند.
هر چه سرعت دوران بیشتر باشد نیروی گریز از مرکز بیشتر میشود و فاصله بین جدار قالب و قطعه کمتر شده و جدا شدن قطعه مشکلتر میشود ولی کیفیت ابعادی و خواص مکانیکی آن بیشتر می شود
آلیاژهایی که در این روش ریختگری میشوند:
1)چدن : لوله های مورد استفاده در آب وفاضلاب و بوش های چدنی
2) فولادها: ساده کربنی ، کم آلیاژ ، پر آلیاژ
مزایای تولید قطعات به روش گریز از مرکز:
امکان تولید قطعات از جنس آلیاژهای آهنی و غیر آهنی
امکان ریختن فلزات با وزن مخصوص یا دانسیته بالا
بالا بودن راندمان ریختگی در حدود 95درصد برای روش حقیقی
بالا بودن خواص مکانیکی
سرعت تولید بالا
وبا توجه به موارد سه وپنج این روش کاملا اقتصادی است
معایب این روش:
محدودیت شکل قطعات
نیاز داشتن به عملیات حرارتی جهت تنش زدایی
عیوب در قطعات تولیدی به روش گریز از مرکز:
جدایش: مهمترین عیب این روش می باشد که با افزایش سرعت سرد کردن میتوانیم این عیب را بر طرف کنیم
نیامد کردن:که با افزایش دمای ذوب ، ایجاد سرعت دوران یکنواخت وافزایش سیالیت می توان برطرف نمود
حباب های گازی : با خشک کردن کامل پوشش می توان بر طرف نمود
ترکها:
ترکهای طولی : که در اثر سرد بودن بار و یا کاهش سرعت دوران قالب بوجود می آید و با افزایش دمای مذاب می توانیم آن را بر طرف کنیم
ترکهای عرضی : به علت عدم انقباض آزاد تحت تاثیر سرعت سرد شدن بالا ایجاد می شود و با کاهش سرعت سرد شدن رفع می شود
شرایط لازم برای تولید قطعات سالم :
پخش سریع و یکنواخت مذاب در داخل قالب
انجماد جهت دار از سمت پوسته قالب به سمت حفره داخلی قالب
تجمع ناخالصی ها و حفرات گازی و انقباضی در پوسته داخلی لوله تولیدی
پارامتر های تکنولوژی قالب:
سرعت بارریزی:
سرعت باید بهینه باشد یعنی حداقل سرعتی باشد که منجر به تولید قطعات سالم میشود که با تجربه بدست می آید. اگر کمتر باشد باعث پر نشدن ،سرد جوشی و... میشود واگر بیشتر باشد زمان انجماد بیشتر است و باعث ایجاد ترکهای طولی میشود
دمای بارریزی:
فوق ذوب بستگی به شکل وابعادو جنس قطعه دارد.افزایش فوق ذوب باعث کم کردن قدرت تبریدی قالب و افزایش زمان انجماد وایجاد پدیده جدایش و درشت دانگی میشود ونیز میتواند باعث ریزش مذاب در اثر سرد نشدن آن در سطح قالب شود ونیز باعث لغزش مذاب به دلیل منجمد نشدن مذاب در هنگام رسیدن به هم میشود
دمای قالب :
افزایش دما باعث انبساط حرارتی بیشتر قالب میشود و باعث افزایش فاصله هوایی و نیز بیشتر شدن زمان انجماد .کاهش دمای قالب باعث کاهش میزان انبساط شده و نیروهای انقباضی به قطعه میشود و ترک ایجاد میشود دمای بهینه بین 150تا 200 درجه سانتیگراد می باشد
در این قسمت به صورت خلاصه به عیوب دو نوع از انواع قطعاتی که در این روش ریخته میشود می پردازیم
1)عیوب لوله های چدنی
2)عیوب پیستون های چدنی
هر دوی این قطعات به روش حقیقی و در حالت افقی ریختگری می شوند
1)عیوب لوله های چدنی
اغلب عیوبی که در تهیه لوله‌ها از طریق ریخته‌گری گریز از مرکز به وجود می‌ایند همانهایی هستند که در ریخته‌گری ثقلی ایجاد میشوند و اغلب تاثیر مشترک چند عامل می‌باشند. در اینجا به معرفی مهمترین عیوب ایجاد شده در فرایند لوله‌ریزی لوله‌های چدنی پرداخته و به طور جمال علت یا علل شناخته شده، توضیح داده میشود.
عیب ساچمه‌ای شدن سطح لوله
در بعضی از نقاط سطح خارجی لوله، ذرات گلوله‌ای شکل و یا سطح کوچک و بی‌شکلی دیده میشود که با یکدیگر و با سطحی که آنها را احاطه کرده است جوش سرد خورده‌اند و در واقع بر روی سطح محبوس شده‌اند. ذوب‌ریزی نادرست از ناودان، عدم به کارگیری لوچه در سر ناودان، علت تشکیل این عیب می‌باشد. عیب حفره‌های نشتی یا سوراخ شدن لوله‌هامعمول ترین و متداول ترین عیب موجود در لوله‌های چدنی نشکن، تولید شده به روش ریخته‌گری گریز مرکز در قالبهای فلزی، عیب سوراخ شدن لوله‌ها می‌باشد که معمولا در جهت شعاع و در جهت انجماد شکل میگیرند.
این حفرات از سطح خارج لوله‌ها شروع شده و به سمت سطح داخلی لوله ادامه می‌یابند. ریشه بروز این عیب هنوز به طور کامل مشخص نیست وعلل مختلفی را می‌توان به طور جداگانه در ایجاد این عیب موثر دانست.
یکی از محتمل‌ترین علت‌هایی که وجود دارد امکان وقوع واکنش شیمیایی تولید کننده گاز ما بین مذاب و قالب و یا گازهای خارج شده از پوشش قالب می‌باشد. در پژوهش حاضر، سعی شده است تا مکانیزم واقعی تشکیل این عیب تشخیص داده شده و راه‌حل‌هایی برای جلوگیری از ایجاد آن ارائه گردد.
روش تولید:سانتریفیوژ حقیقی به روش افقی از جنس چدن خاکستری
نوع محصول: بوش سیلندر
روش تولید:از طریق پوشش دهی غالب نوع پوشش ماسه سیمیسی+بنتونیت+آب و ذوب ریزی تحت فشار
نیروی گریز از مرکز
.جنس غالب های نگهدارنده فولادی
عیوب سانتری فیوژ:عیوب سطحی و ماکروسکوپیالف.
شسته شدن پوشش:
در زمانی که غالب سرد بوده است و یا زمان پوشش دهی به غالب تا بار ریزی کم باشد و پوشش خشک نشده باشد در اثر بارریزی به داخل غالب پوشش جداره شسته می شود که این امر باعث ایجاد تبرید موضعی و یا در موارد حاد چسبیده شدن ذوب به غالب و ضایع گردیدن محصول و غالب می شود که راه جلوگیری از این عیب بیش گرم کردن غالب به میزان کافی (که بتواند رطوبت پوشش را از بین ببرد) و یا استفاده از پوشان ها با پایه الکلی و غیره که در درجات حرارت پایین تر خشک گردد.
ب) عیوب ابعادی:
که شامل کلیه ی عیوبی می گردد که به دلیل نا مناسب بودن ابعاد قالب و یا میزان لنگی قالب در هنگام دوران ایجاد گردد که باعث عدم انتباق محصول تولیدی با محصول مورد نظر (نقشه ی خاص مشتری) گردد و در صورت لنگی بیش از حد دستگاه نیز به دلیل تولیدات لنگ ضایع می گردد.
ج.اتصال سرد و یا سرد جوشی:
در صورت نا مناسب بودن دمای بارریزی و یا در هنگام انتقال ذوب از پاتیل به غالب های سانتری فیوژ در صورت نا مناسب بودن دمای پاتیل و غالب باعث سرد شدن ذوب می گردد و محصول تولیدی دارای عیب سرد جوشی می گردد که جهت رفع این عیب می بایستی دمای بارریزی بالاتر انتخاب گردد و وسایل انتقال ذوب نیز قبل از استفاده بیش گرم گردد.
د) ایجاد زائده در محصول سانتیری فیوژ(جداره خارجی محصول)به دلیل تمیز ننمودن پوشش قبلی و باقی ماندن زوائد اضافی محصول تولیدی قبل ممکن است باعث ایجاد زائده و یا حفره ی نا خواسته در محصول تولیدی نماید که این مورد پس از شات نمودن محصول قابل مشاهده می باشد که در صورت باقی ماندن زائده های فلزی باعث سختی موضعی در محصولات و غیر قابل ماشین کاری بودن این نواحی می گردد.ه. بیرون زدگی ذوب از غالب:به دلیل نیروی گریز از مرکز و فشار ایجاد شده ذوب روی جداره های غالب در صورت کم بودن استحکام غالب باعث بیرون زدگی ذوب می گردد که این امر بیشتر در سر محصولات تولیدی و محل نصب سر غالب بیشتر مشاهده می گردد.
الف ) قطعه ریخته شده به روش گریز از مرکز
قطعه ریخته شده پس از تراشکاری
عیوب میکروسکوپی:
الف) سوسه:عیوب سوسه نیز همانند سایر محصولات تولیدی آهنی و غیر آهنی نیز در محصولات تولیدی سانتری فیوژ مشاهده می گردد که این عیب به دو دسته تقسیم می شود:
1. سوسه ی تشکیل شده به دلیل انقباض:که در این مورد با توجه به جبهه ی انجماد که معمولا در روش سانتری فیوژ شروع جبههی انجماد از طرف دیواره ی غالب به داخل می باشد و همچنین پیشرفت جبههی انجماد داخلی که با سطح هوا در تماس می باشد باعث ایجاد سوسه در قسمت داخل محصولات تولیدی می گردد(زیر پوستی) که اعم این نوع از عیوب مربوط به سوسه های انقباضی می باشد که جهت رفع عیوب می بایستی با افزایش کربن معادل میزان انقباض را به حداقل رساند و یا با گرم نگهداشتن لایه های داخلی ذوب پیشرفت جبهه ی انجماد از طرف دیواره به داخل محصول را افزایش داد.
2. سوسه های ناشی از آخال، سرباره و...در روش تولید سانتری فیوژ به دلیل نیروی گریز از مرکز کلیه ی آخال و ناخالصی ها شامل اکسیدها، سولفیدها، نیتریدها و ... که در هنگام تشکیل ذوب به صورت آخال فیزیکی می باشد به
داخل محصول هدایت گردیده و در اضافه تراش مجاز ماشین کاری قرار گرفته و بعد از ماشین کاری داخلی از بین
خواهند رفت.
ولی در مواردی که ذوب سرد بوده است و یا آخال ها و ناخالصی ها در هنگام انجماد بوجود آمده اند و یا در مقادیر زیاد موجود می باشند این آخال ها و نا خالصی ها در لایه های زیرین (نزدیک به دیواره ی غالب) نیز باقی می مانند که پس از ماشین کاری نیز قابل روئیت می باشند که راه های جلوگیری از این عیب استفاده از قرازه ها و مواد شارژی مطلوب، مناسب بودن دمای بارریزی و به اندازه ی کافی در نظر گرفتن اضافه تراش مجاز می باشد.
ب) جدانشینی:در محصولات تولیدی سانتری فیوژ دو نوع جدایش بوجود می آید:
الف) جدانشینی میکروسکوپی:
که در اثر نیروی گریز از مرکز که باعث دوگانگی ساختار میکروسکوپی و سختی سنجی در داخل و خارج
محصول تولید شده می گردد که این مورد به دلیل نوع انجماد (از دیواره ی غالب به داخل محصول می باشد که معمولا
سرعت انجماد در نزدیک دیواره بسیار تند و سریع می باشد و به تدریج که ضخامت جامد شده بیشتر می گردد سرعت انجماد آهسته تر می گردد که این امر با توجه به کاربری بوش سیلندرها یک مزیت خوب برای سانتری فیوژ حساب می گردد.
ب) جدانشینی ماکروسکوپی:
که علت این امر نیز نیروی گریز از مرکز می باشد که کلیه المان ها با دانسیتی پایین تر به سمت داخل محصول و با دانسیتی بالاتر به سمت دیواره ی غالب رانده می گردد که این امر نیز در جهت جداسازی کلیه سر بارها و ناخالصی ها
و آخال ها مزیت خوبی محسوب می گرددج.
سایر عیوب:
از جمله عیوب دیگر که در تولیدات گریز از مرکز (حقیقی-تولید بوش) بوجود می آید شامل :
ریزش مواد ذوب به دلیل پایین بودن میزان دور دستگاه.
فشردگی بیش از حد مطلوب به دلیل افزایش دور دستگاه.
شسته شدن پوشش به دلیل نا مطلوب بودن ترکیب پوشان.
ایجاد حفره های گازی در پشت محصولات تولیدی به دلیل نا مناسب بودن پوشان و یا ترکیب آن می باشد.
شماتیک فرآیند ریخته گری گریز از مرکز حقیقی
شماتیک فرآیند ریخته گری گریز از مرکز مجازی یا میان گریزه
گرداوری : فرهاد طالبیان ریزی - کارشناس مکانیک ساخت و تولید
منابع تصاویر :
۱- Centrifugal Casting Process at :http://www.custompartnet.com/wu/centrifugal-casting , retrieved
2- Centrifugal casting, Southwest Custom Sales at http://www.southwestcustom.com , Retrived 2011-6-22
3- Permanent Mold Casting,at http://thelibraryofmanufacturing.com , Retrived 2011-6-22
منابع خوب دیگر برای اطلاع بیشتر :
۱- مواد و فرآیندهای تولید، ج ۲، E. Paul Degarmo ، ترجمه دکتر علی حائریان،انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد،۱۳۸۵ ( صفحات ۱۰۴ تا ۱۰۸ )
۲- فناوری و روشهای تولید، مهدی ظهور، انتشارات دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، ویرایش دوم، آذر ۱۳۸۷، ( صفحات ۸۷ تا ۸۹)
منبع اصلی :http://sakhtolid2012.blogfa.com/post/17