جزوه رنگی و تایپ شده ریخته گری فلزات
مهندس احمد صادقنیا در دانشگاه آزاد اسلامی مهندسی مکانیک خودرو دانشگاه پیام نور حسن قنبری قجرلو علمی کاربردی استاد
(ً ) () ( ) [1]
()، [2]
()، : [3]
() : (). [4]
(-) () ً -(-) -(-) () : () ()
: -() () [5] 
: ”” : : () [5]
ً ً ( ) ( )
() ً () : : : : : دائمی کم فشار و ریخته گری قالب دائمی خلاء
ریختهگری قالب دائمی یک فرآیند ریختهگری فلز است که از قالبهای قابل استفاده مجدد (“قالبهای دائمی”) که معمولاً از فلز ساخته میشوند، استفاده میکند. رایج ترین فرآیند از نیروی جاذبه برای پر کردن قالب استفاده می کند. با این حال، فشار گاز یا خلاء نیز استفاده می شود. یک تغییر در فرآیند معمولی ریخته گری گرانشی، به نام ریخته گری لجن ، ریخته گری توخالی ایجاد می کند. فلزات معمولی ریخته گری آلومینیوم ، منیزیم و آلیاژهای مس هستند. مواد دیگر عبارتند از قلع ، روی و آلیاژهای سرب و آهن و فولاد نیز در گرافیت ریختهگری میشوند.قالب ها قالب های دائمی، در حالی که بیش از یک ریخته گری دوام می آورند، هنوز قبل از فرسوده شدن، عمر محدودی دارند.
دایکستینگ
مقاله اصلی: دایکاست
فرآیند ریخته گری قالب، فلز مذاب را تحت فشار زیاد به داخل حفره های قالب (که به شکل قالب ماشینکاری می شوند) وادار می کند. بیشتر قالبهای ریختهگری از فلزات غیرآهنی ، بهویژه روی ، مس و آلیاژهای مبتنی بر آلومینیوم ساخته میشوند، اما ریختهگری فلزات آهنی امکانپذیر است. روش دایکاست به ویژه برای کاربردهایی مناسب است که در آن قطعات کوچک تا متوسط با جزئیات خوب، کیفیت سطح خوب و سازگاری ابعادی مورد نیاز است.
ریخته گری فلز نیمه جامد
مقاله اصلی: ریختهگری فلز نیمه جامد
ریخته گری فلز نیمه جامد (SSM) یک فرآیند ریخته گری اصلاح شده است که تخلخل باقیمانده موجود در اکثر قالب های ریخته گری را کاهش می دهد یا حذف می کند. به جای استفاده از فلز مایع به عنوان ماده خوراک، ریخته گری SSM از مواد خوراکی با ویسکوزیته بالاتر استفاده می کند که تا حدی جامد و تا حدی مایع است. یک دستگاه ریخته گری اصلاح شده برای تزریق دوغاب نیمه جامد به قالب های فولادی سخت شده قابل استفاده مجدد استفاده می شود. ویسکوزیته بالای فلز نیمه جامد، همراه با استفاده از شرایط پر کردن قالب کنترل جزوه ریخته گری فلزات ، تضمین می کند که فلز نیمه جامد قالب را به صورت غیر متلاطم پر می کند تا تخلخل مضر اساساً از بین برود.
ریخته گری
ریخته گری SSM که عمدتاً برای آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم به صورت تجاری استفاده می شود را می توان با حرارت T4، T5 یا T6 عملیات حرارتی کرد. ترکیبی از عملیات حرارتی، سرعت خنکسازی سریع (از استفاده از قالبهای فولادی بدون پوشش) و حداقل تخلخل ترکیبی عالی از استحکام و شکلپذیری را فراهم میکند. از دیگر مزایای ریختهگری SSM میتوان به توانایی تولید قطعات پیچیده به شکل شبکه، سفتی فشار، تحملهای ابعادی دقیق و قابلیت ریختهگری دیوارههای نازک اشاره کرد. [7]
ریخته گری گریز از مرکز
نوشتار اصلی: ریختهگری گریز از مرکز (نقرهسازی)
در این فرآیند، فلز مذاب در قالب ریخته میشود و اجازه داده میشود تا در حالی که قالب در حال چرخش است، جامد شود. فلز در مرکز قالب در محور چرخش آن ریخته می شود. به دلیل نیروی اینرسی، فلز مایع به سمت اطراف پرتاب می شود.
ریخته گری گریز از مرکز هم از گرانش و هم مستقل از فشار است زیرا با استفاده از یک قالب شنی موقتی که در یک محفظه ریسندگی نگهداری می شود، تغذیه نیروی خود را ایجاد می کند. زمان سرب با برنامه متفاوت است. پردازش نیمه و سانتریفیوژ واقعی اجازه تولید 30 تا 50 قطعه در ساعت قالب را می دهد، با محدودیت عملی برای پردازش دسته ای تقریباً 9000 کیلوگرم جرم کل با حد معمول برای هر قطعه 2.3-4.5 کیلوگرم.
از نظر صنعتی، ریختهگری گریز از مرکز [8] چرخهای راهآهن، کاربرد اولیه روشی بود که توسط شرکت صنعتی آلمانی Krupp توسعه یافت و این قابلیت باعث رشد سریع این شرکت شد.
قطعات هنری کوچک مانند جواهرات اغلب با استفاده از فرآیند موم گم شده با این روش ریخته می شوند، زیرا این نیروها فلزات مایع نسبتاً چسبناک را قادر می سازند از طریق گذرگاه های بسیار کوچک و به جزئیات ظریف جزوه حسابداری ضایعات برگ ها و گلبرگ ها جریان پیدا کنند. این اثر مشابه مزایای ریخته گری خلاء است که در ریخته گری جواهرات نیز اعمال می شود.
بازیگری مستمر
مقاله اصلی: ریخته گری پیوسته
ریختهگری پیوسته اصلاح فرآیند ریختهگری برای تولید مداوم و با حجم بالا مقاطع فلزی با سطح مقطع ثابت است. در درجه اول برای تولید محصولات نیمه تمام برای پردازش بیشتر استفاده می شود. [9] : 339 فلز مذاب در قالبی با انتهای باز و خنک شده با آب ریخته می شود، که اجازه می دهد یک “پوست” از فلز جامد بر روی مرکز هنوز مایع تشکیل شود و به تدریج فلز را از بیرون به داخل جامد کند. پس از انجماد، رشته، همانطور که گاهی اوقات نامیده می شود، به طور مداوم از جزوه ریخته گری فلزات خارج می شود. طول های از پیش تعیین شده رشته را می توان با قیچی مکانیکی یا مشعل های متحرک اکسی استیلن قطع کرد و به فرآیندهای شکل گیری بعدی یا به انبار منتقل کرد. اندازه های ریخته گری می تواند از نوار (ضخامت چند میلی متر و عرض حدود پنج متر) تا بیلت (90 تا 160 میلی متر مربع) تا اسلب (عرض 1.25 متر در ضخامت 230 میلی متر) متغیر باشد. گاهی اوقات، رشته ممکن است قبل از برش، تحت یک فرآیند نورد گرم اولیه قرار گیرد.
ریخته گری پیوسته به دلیل کاهش هزینه های تولید مداوم یک محصول استاندارد و جزوه ریخته گری فلزات افزایش کیفیت محصول نهایی استفاده می شود. فلزاتی مانند فولاد، مس، آلومینیوم و سرب به طور پیوسته ریختهگری میشوند و فولاد بیشترین تناژ ریختهگری را با استفاده از این روش انجام میدهد.
ارتقاء
همچنین ببینید: روش چوکرالسکی
ریخته گری (ریخته گری به بالا، بالادست یا رو به بالا) روشی است برای ریخته گری مداوم عمودی یا افقی میله ها و لوله های پروفیل های مختلف (اسوانه ای، مربعی، شش ضلعی، دال و غیره) به قطر 30-8 میلی متر. [10] آلیاژهای مس (Cu)، برنز (آلیاژ Cu· Sn )، آلیاژهای نیکل معمولاً به دلیل سرعت بیشتر ریختهگری (در صورت برآمدگی عمودی) و به دلیل ویژگیهای فیزیکی بهتر استفاده میشوند. مزیت این روش این است که فلزات تقریباً بدون اکسیژن هستند و سرعت تبلور محصول (انجماد) ممکن است توسط یک کریستالایزر تنظیم شود – دستگاهی مقاوم در برابر دمای بالا که میله یا لوله فلزی در حال رشد را با استفاده از آب خنک می کند. [10]
این روش با روش Czochralski برای رشد کریستال های سیلیکون (Si) که یک متالوئید است قابل مقایسه است .
اصطلاحات
فرآیندهای ریخته گری فلز از اصطلاحات زیر استفاده می کنند: [11]
الگو : تکرار تقریبی از ریخته گری نهایی که برای تشکیل حفره قالب استفاده می شود.
مواد قالب گیری: موادی که در اطراف الگو بسته بندی می شود و سپس الگوی برداشته می شود تا از حفره ای خارج شود که مواد ریخته گری در آن ریخته می شود.
فلاسک : قاب چوبی یا فلزی سفت و سختی که مواد قالبگیری را نگه میدارد.
Cope : نیمه بالایی الگو، فلاسک، قالب یا هسته.
کشیدن : نیمه پایینی الگو، فلاسک، قالب یا هسته.
هسته : درج در قالب که باعث ایجاد ویژگی های داخلی در ریخته گری مانند سوراخ می شود.
چاپ هسته: ناحیه ای که به الگو، هسته یا قالب اضافه می شود که برای مکان یابی و پشتیبانی از هسته استفاده می شود.
حفره قالب: منطقه باز ترکیبی از مواد قالب گیری و هسته، که در آن فلز برای تولید ریخته گری ریخته می شود.
رایزر : یک فضای خالی اضافی در قالب که با مواد مذاب پر می شود تا انقباض در طول انجماد را جبران کند.
سیستم دروازه ای: شبکه ای از جزوه ریخته گری فلزات های متصل که مواد مذاب را به حفره های قالب می رساند.
فنجان ریختن یا حوضچه ریختن: قسمتی از سیستم دروازه که مواد مذاب را از ظرف ریختن دریافت می کند.
اسپرو : فنجان ریختن به اسپرو که قسمت عمودی سیستم دروازه است متصل می شود. انتهای دیگر اسپرو به دونده ها متصل می شود.
دونده ها: بخش افقی سیستم دروازه که اسپروها را به دروازه ها متصل می کند.
دروازه ها: ورودی های کنترل شده از دونده ها به داخل حفره های قالب.
دریچه ها: کانال های اضافی که راه خروج گازهای تولید شده در حین ریختن را فراهم می کند.
خط جدایی یا سطح جدایی: رابط بین قسمت های کوپ و درگ قالب، فلاسک یا الگو.
پیش نویس : مخروطی روی قالب یا الگوی که به آن اجازه می دهد از قالب خارج شود
جعبه هسته: قالب یا قالبی که برای تولید هسته ها استفاده می شود.
شاپلت: میله نگهدارنده عمودی بلند برای هسته که پس از ریختهگری جزء لاینفک ریختهگری میشود، تکیهگاه هسته را تامین میکند.
برخی از فرآیندهای تخصصی، مانند ریخته گری، از اصطلاحات اضافی استفاده می کنند.
نظریه
ریخته گری یک فرآیند انجماد است، به این معنی که پدیده انجماد اکثر خواص ریخته گری را کنترل می کند. علاوه بر این، بیشتر عیوب ریخته گری در طول انجماد رخ می دهد، مانند تخلخل گاز و انقباض انجماد . [12]
انجماد در دو مرحله انجام می شود: هسته زایی و رشد کریستال . در مرحله هستهزایی، ذرات جامد درون مایع تشکیل میشوند. هنگامی که این ذرات تشکیل می شوند، انرژی درونی آنهاپایین تر از مایع احاطه شده است که یک رابط انرژی بین این دو ایجاد می کند. تشکیل سطح در این فصل مشترک نیاز به انرژی دارد، بنابراین وقتی هستهزایی اتفاق میافتد، به دلیل انرژی اضافی مورد نیاز برای تشکیل سطوح مشترک، ماده در واقع کمتر سرد میشود (یعنی زیر دمای انجماد خود سرد میشود). سپس برای مرحله رشد کریستال تجدید می شود یا تا دمای انجماد خود گرم می شود. هسته زایی روی یک سطح جامد از قبل موجود اتفاق می افتد زیرا برای یک سطح مشترک جزئی به اندازه یک سطح مشترک کروی کامل انرژی مورد نیاز نیست. این می تواند سودمند باشد زیرا ریخته گری های ریز دانه دارای خواص بهتری نسبت به ریخته گری دانه درشت هستند. ساختار دانه ریز را می توان با پالایش دانه یا تلقیح ایجاد کرد، که فرآیند افزودن ناخالصی ها برای القای هسته است. [13]
همه هسته ها نشان دهنده یک کریستال هستند که با خارج شدن گرمای همجوشی از مایع رشد می کند تا جایی که مایعی باقی نماند. جهت، سرعت و نوع رشد را می توان برای به حداکثر رساندن خواص ریخته گری کنترل کرد. انجماد جهت دار زمانی است که ماده در یک انتها جامد می شود و تا انتهای دیگر انجماد ادامه می یابد. این ایده آل ترین نوع رشد دانه است زیرا به مواد مایع اجازه می دهد تا انقباض را جبران کنند. [13]
منحنی های خنک کننده
سرعت سرد شدن متوسط از مذاب منجر به ریزساختار دندریتی می شود. دندریت های اولیه و ثانویه در این تصویر دیده می شوند.
همچنین ببینید: منحنی های خنک کننده
منحنی های خنک کننده در کنترل کیفیت یک ریخته گری مهم هستند. مهمترین بخش منحنی خنککننده سرعت خنکسازی است که بر ساختار و خواص آن تأثیر میگذارد. به طور کلی، ناحیه ای از ریخته گری که به سرعت سرد می شود دارای ساختار دانه ریز و منطقه ای که به آرامی سرد می شود ساختار دانه درشت خواهد داشت. در زیر نمونه ای از منحنی خنک کننده یک فلز خالص یا آلیاژ یوتکتیک با اصطلاحات تعریف شده است. [14]
منحنی خنک کننده فلز خالص.svg
توجه داشته باشید که [15]
ً : :
{=({{}{}})^{}}=({{}{}})^{}
[16]
: ()
ً [17]
ً ورود به قالب بیفتند استفاده می شود. فنجان های ریخته گری مستطیلی و اسپروهای مخروطی برای جلوگیری از تشکیل گرداب به هنگام جریان یافتن مواد به داخل قالب استفاده می شود. این گرداب ها تمایل به مکیدن گاز و اکسیدها به داخل قالب دارند. یک چاه اسپرو بزرگ برای اتلاف انرژی جنبشی ماده مایع در حین سقوط از اسپرو استفاده می شود و تلاطم را کاهش می دهد. خفگی _که جزوه ریخته گری فلزات سطح مقطع در سیستم دروازه ای است که برای کنترل جریان استفاده می شود، می توان آن را در نزدیکی چاه اسپرو قرار داد تا جریان را کاهش داده و صاف کند. توجه داشته باشید که در برخی از قالبها، چوک همچنان روی دروازهها قرار میگیرد تا جداسازی آن آسانتر شود، اما باعث ایجاد تلاطم شدید میشود. [18] دروازه ها معمولاً به پایین ریخته گری متصل می شوند تا تلاطم و پاشیدن به حداقل برسد. [17]
سیستم دروازه همچنین ممکن است برای به دام انداختن تفاله طراحی شده باشد. یکی از روش ها استفاده از این واقعیت است که برخی از تفاله ها چگالی کمتری نسبت به مواد پایه دارند، بنابراین تا بالای سیستم دروازه شناور می شوند. بنابراین، دوندگان مسطح طولانی با دروازههایی که از پایین دوندهها خارج میشوند، میتوانند تفاله را در دوندگان به دام بیندازند. توجه داشته باشید که دونده های مسطح طولانی مواد را سریعتر از دونده های گرد یا مربع خنک می کنند. برای موادی که دانسیته آن دارای چگالی مشابه با مواد پایه است، مانند آلومینیوم، اکستنشن های رانر و چاه های رانرمی تواند سودمند باشد. اینها از این واقعیت استفاده می کنند که تفاله معمولاً در ابتدای ریختن قرار می گیرد، بنابراین دونده از آخرین دروازه (ها) عبور می کند و آلودگی ها در چاه ها قرار می گیرند. همچنین ممکن است [18]
/[19]
: [20]
[21] [22]
——()، [23] ً [23]()، [23] () [21] [24]
[21]
فهرست مطالب