جهاد دانشگاهی مشهد
گروه کارشناسی متالورژی- ریخته گری
موضوع:
ریخته گری در قالبهای ریژه
زیر نظر استاد ارجمند:
جناب آقای دکتر باباخانی
ارائه دهندگان:
مهدی احمدی قراملکی
محمد بهارلوئی
پاییز 86
ریخته گری در قالبهای دائمی ریخته گری در قالبهای ریژه (روش ثقلی)
مقدمه
همانگونه که از تاریخچه ریخته گری بر می آید ، روش ریخته گری در قالبهای دائمی قدمتی چندین هزار ساله دارد . انسانهای اولیه با تعبیه شکل قالب در سنگ از یک نوع قالب نیمه دائمی استفاده می کردند.
براساس یک تعریف کلی ریخته گری در قالبهای دائمی به گروهی از روشهای ریخته گری اطلاق می شود که یک قالب فلزی دو یا چند تکه ای برای تهیه زیادی قطعه یکسان به طور مکرر مورد استفاده قرار گیرد.
تقسیم بندی روشهای ریخته گری در قالبهای دائمی :
روش ریخته گری در قالبهای دائمی براساس نحوه پرکدن قالب به صورت زیر تقسیم می شوند:
روش ریخته گری در قالب ریژه که براساس نیروی وزن مذاب ، محفظه قالب را پر می کند.
روش ریخته گری تحت فشار که در آن قالب براساس نیروی فشاری وارد بر مذاب پر می شود.
روش ریخته گری گریز از مرکز که در آن مذاب در نتیجه نیروی گریز از مرکز قالب را پر می کند.
ریخته گری در قالبهای ریژه (روش ثقلی ):
ریخته گری در قالبهای ریژه روشی است که در آن قالبی دو یا چند تکه به منظور تولید قطعه ای مکرراً مورد استفاده قرار می گیرد و مذاب براساس وزن (نیروی ثقل ) قالب را پر می نماید.
در این روش به طور کلی فشار حاصل از اختلاف ارتفاع دهانه بارریزی و محفظه قالب عامل عمده و موثر پرشدن قالب است و به همین دلیل این روش را ریخته گری وزنی نیز می نامند. در حقیقت این روش مانند ریخته گری در کلیه قالبهای ماسه ای و موقت می باشد ولی به دلیل استفاده از فشار خارجی در سایر روشهای قالبهای دائمی بر کلمه وزنی به معنای استفاده از فشار مذاب و نه اعمال فشار خارجی تاکید شده است قالب معمولاً از دو تکه ساخته می شود که به وسیله گیره ، پیچ و امکانات دیگر به هم متصل می گردند.
قالب معمولاً قبل از بارریزی گرم می شود وبرای تولید قطعات ریختگی مرغوب همواره بایستی درجه حرارت قالب را کنترل نمود.
همانگونه در مباحث قالبهای دائمی به آن اشاره شده است ، مهمترین عامل در استفاده از قالبهای دائمی ، چگونگی خروج قطعه ریختگی از داخل قالب می باشد. در مورد قطعات ماهیچه دار ، چنانچه ماهیچه فلزی به سرعت از داخل قالب بیرون کشیده نشود ، نیروی انقباض حاصل از انجماد مذاب به حدی است که امکان خروج ماهیچه فلزی را غیر ممکن می نماید. باتوجه به این مطلب و مطلب مهم دیگری که ناشی از شکل ماهیچه است در اغلب موارد به جای استفاده از ماهیچه فلزی از ماهیچه های ماسه ای یا گچی استفاده می شود که می توان آنرا یک روش نیمه دائمی محسوب کرد.
برای افزایش سرعت تولید و همچنین سهولت باز و بسته کردن قالب از وسایل مختلف کمپرسی و هیدرولیکی نیز استفاده می شود . در صنایع خودرو سازی که قطعات کوچک و متوسط به مقدار زیادی مورد مصرف است ، از سیستم گردان برای قالبهای دائمی استفاده می کنند تا تولید به میزان قابل توجهی افزایش یابد.
مزایا و محدودیتهای ریخته گری در قالبهای ریژه :
فرایند ریخته گری در قالبهای ریژه برای تولید قطعات در تعداد زیاد و ضخامت دیوار نسبتاً یکنواخت مناسب می باشد.و این روش در مقایسه با روشهای ریخته گری در قالبهای موقت دارای مزایا و محدودیتهای به شرح زیر می باشد:
مزایا :
سرعت تولید بالا
قابلیت تکرار تولید قطعات یکنواخت
دقت ابعادی خوب
سطح تمام شده مناسب
کیفیت متالوژریکی بالای قطعات تولید شده از این روش
عیوب ریخته گری کم
شرایط بسیار مناسب زیست محیطی
عدم نیاز به سرمایه گذاری کلان
محدودیتها و معایب :
عدم امکان تولید کلیه آلیاژها
غیر اقتصادی بودن تولید در تعداد کم (ساخت قالب در این روش پر هزینه بوده لذا در تعداد کم غیر اقتصادی است)
عدم امکان تولید قطعات بزرگ و سنگین
عدم امکان تولید قطعاتی با اشکال خاص ( به عنوان مثال قطعاتی با سطح جدایش پیچیده یا قطعاتی که خارج کردن آنها از قالب مشکل است).
لزوم استفاده از پوشش
ویژگیهای روش ریژه :
قطعاتی که از این روش تهیه می شوند را میتوان از نظر وزنی بین 25 گرم تاحدود 50 کیلوگرم را قلمداد نمود. البته برای قطعات خیلی بزرگ که دارای ویژگی خاص با شکل بسیار ساده ای باشند نیز می توان از این روش استفاده نمود. در این روش همانند روش ریخته گری تحت فشار کم از ماهیچه های موقت برای قسمتهای پیچیده قطعه استفاده می شوند.
کیفیت و صافی سطح از جمله ویژگیهای ریژه می باشند و اگر سطح جدایش به حداقل برسد ، زبری سطح تا 100 میکرون می رسد عموماً در ریژه ریزی آلومینیوم در تیراژهای 3000 – 300.000 دارای اقتصادی ترین حالت خود می باشد.
فلزات و آلیاژهای مناسب برای ریخته گری در قالب ریژه :
فلزات و آلیاژهای مناسب برای ریخته گری در قالبهای ریژه عبارتند از :
الف – آلیاژهای آلومینیوم :
در تولید انبوه این آلیاژه ها را می توان تا وزن 70 کیلوگرم در قالب ریژه تولید نمود. البته در برخی موارد تا حدود 345 کیلوگرم پوسته موتور در قالب ریژه ریخته گری شده است.
ب – آلیاژهای منیزیم :
آلیاژهای منیزیم نیز علیرغم پائین بودن قابلیت ریخته گری آنها ، در قالبهای ویژه ریخته گری می شوند. تولید قطعاتی تا وزن 10 کیلوگرم به صورت انبوه توسط این روش معمول و متداول می باشند . البته ریخته گری قطعاتی تا حدود 30 کیلوگرم نیز توسط این روش گزارش شده است.
ج- آلیاژهای مس:
ریخته گری برخی از آلیاژهای مس به ویژه برنج ها در قالب ریژه معمول می باشد درجه انجماد آلیاژهای مس نسبتاً بالا بوده و سرعت انجماد در آن زیاد است. ماهیچه های فلزی بایستی بلافاصله پس از ریختن مذاب و انجما د از داخل قالب خارج شوند زیر انقباض باعث گیر کردن ماهیچه در داخل قطعه می شود. معمولاً تولید قطعات بزرگتر از 10 کیلوگرم توسط این روش غیر معمول است.
د – آلیاژ های روی :
آلیاژهای روی را نیز می توان توسط این فرایند ریخته گری نمود ، اما به دلیل این که این آلیاژها بیشتر توسط روش ریخته گری تحت فشار تولید می شوند ، روش ریژه در مورد آلیاژهای روی کمتر متداول است.
هـ ) چدنهای خاکستری:
ریخته گری چدنهای خاکستری هیپویوتکتیک در تعداد زیاد و تا وزن حدود 14 کیلوگرم توسط روش ویژه معمول می باشد . علت محدود بودن وزن قطعه ریختگی در این روش هزینه قالب ، اندازه قالب و همچنین زمان سرد شدن قطعه در قالب است که در قطعات بزرگ زیاده بوده و حتی از 10 دقیقه هم بیشتر می شود.
تکنولوژی ریژه ریزی ( روشهای ریخته گری ریژه):
سیستم ریخته گری ریژه براساس استفاده از عوامل مکانیکی ، پنوماتیکی و هیدورلیکی و یا ترکیبی از آنها می باشد که با استفاده از این امکانات می توان فرایند را از مرحله بارزیزی درون قالب تا بدست آوردن قطعه خام سالم تکمیل نمود. در رابطه با زمان خروج ماهیچه ها از داخل قطعات باید ذکر شود که با مشاهده اولین نشانه های انجماد باید این کار را انجام داد. چرا که به دلیل زیاد بودن ضریب انقباض خطی خصوصاً در مورد آلومینیوم ، چنانچه در این عمل تعلل صورت گیرد ، قطعه به راحتی خارج نشده و ممکن است در اثر فشار ترک خورده و یا حتی دچار شکستگی شود.
نکته ای که در انتخاب ابزار مورد نظر در این مرحله قابل اهمیت است ، همانا تیراژ تولید و شکل قطعات می باشد که دسته بندی روشهای زیر را امکان پذیر می کند:
الف : قالبهای ثابت دو تکه با سطح جدایش عمودی و یا افقی .
ب : قالبهای ثابت چند تکه .
ج: قالبهایی با سیستم بارریزی دورانی
به طور کلی روشهای ریخته گری در قالبهای ریژه را میتوان به سه گروه زیر تقسیم بندی نمود:
روشهای دستی
روشهای نیمه اتوماتیک
روشهای تمام اتوماتیک
که در ذیل به بررسی روشهای فوق پرداخته می شود:
روش دستی :
ریخته گری در قالبهای ریژه به طریق دستی دارای طرحهای نسبتاً ساده ای بوده و متناسب با ضخامت قطعه ساخته شده است . شکل (الف) یک روش ساده کتابی
را نشان می دهد ، این روش برای تولید قطعات ریخته گری با ضخامت کم و نازک مورد استفاده قرار می گیرد. شکل (ب) یک نوع دیگر از ماشینهای ویژه دستی را نشان می دهد که برای تولید قطعات با ضخامت و برآمدگیهای زیاد استفاده می شود.
روشهای ریژه دستی علیرغم سادگی ، کاربردی وسیع دارد و امروزه هنوز در صدبالایی از قطعات تولید شده به روش ریژه از این طریق تولید می شوند:
روش نیمه اتوماتیک :
برای تولید انبوه قطعات روشهای نیمه اتوماتیک جایگزین روشهای دستی شده است. در این روشها جهت باز وبسته کردن قالب از سیستم های هیدرولیکی یا پنوماتیکی استفاده می شود . پرکردن قالب و نیز خارج کردن قطعات ریخته شده از قالب توسط دست انجام می شود شکل ج یک نوع از این ماشین ها را نشان می دهد.
روش نیمه اتوماتیک :
– روشهای خودکار (اتوماتیک):
در این نوع ماشین ها اکثر کارها توسط ماشین و حتی رباط ها انجام می شود شکل (د) یک نوع از این ماشین ها را نشان می دهد این نوع ماشین به منظور تولید انبوه قطعات ، مختلف کوچک و بزرگ استفاده می شود.
شکل (هـ) نوع دیگر از یک ماشین اتوماتیک با میز گردان را نشان می دهد .
در این روش ایستگاههایی مختلف در ریخته گری شامل بارریزی ، پوشش قالب ، ماهیچه گذاری ، انجماد و بیرون انداز بدنبال یکدیگر قرار گرفته اند .
طراحی قالب ریژه :
بحث طراحی قالب ریژه بر اصولی مبتنی است که شناخت آنها موفقیت سهل الوصولی را بدنبال داشته و عدم دقت در آن نکات مشکلات عدیده ای را به دلیل نوع خاص فرایند ویژه به همواه دارد این نکات بطور کلی عبارتند از :
الف – مواد قالب ( جنس قالب ) :
برای ساخت قالبهای ریژه از مواد متفاوتی می توان استفاده نمود نکاتی که در انتخاب مواد قالب بایستی به آنها توجه نمود شامل اندازه قطعه ، تیراژ تولید ، درجه حرارت بارریزی ، نوع آلیاژ ، دقت ابعادی ، ضریب نفوذ دمایی و قیمت مواد می باشند.
بطور کلی چهار عامل اساسی در انتخاب جنس قالب و ماهیچه موثر است که عبارتند از :
الف – درجه حرارت بارریزی مذاب
ب – اندازه قطعه ریختگی
ج – تعداد قطعات ریختگی در هر قالب
د- قیمت مواد قالب
جدول (1) براساس عوامل
فوق جنس قالب معمول
برای آلیاژ های مختلف
را نشان می دهد .
ب- الگوی ساخت قالب :
در ساختن فضای قالب روی فلز مورد نظر بدست آوردن رالگو و یا روش مناسب کار مثل روش مناسب کار مثل روش تراشکاری ، فرز کاری ، اسپارک کاری و یاحتی ریخته گری از اهم مسایل است و نکته مهم متالوژیکی در این قسمت ضخامت قالب می باشد. ضخامت قالب را باید در مبحث طراحی دقیقاً مورد بررسی قرارد اد چرا که تعیین کننده پارامترهای بعدی می باشد.
ج – سیستم راهگاهی :
اصول طراحی سیستم راهکاهی در قالبهای ریژه تفاوتهایی را با محاسبات کلاسیک نشان می دهد. دلیل اصلی این مهم نیز همان صلبیت و اثر تبریدی قالب می باشد. جدازه نفوذ ناپذیر قالب ایجاب می کند تا هماهنگی و یکنواختی جریان مذاب بگونه ای تعیین شود که گازها و هوای داخل قالب توسط جبهه جریان مذاب به محیط خارج هدایت شود . همچنین به دلیل شدت کاهش حرارت مذاب در مسیر حرکت ، انتخاب کوتاهترین فاصله جهت رسیدن مذاب به محفظه قالب را ناگزیر می سازد در ضمن مجرای ورودی مذاب باید بگونه ای باشد که در آن حرکت طولانی مذاب در سطوح نه چندان ضخیم حذف گردد. (ضخامت هواکش ها 1/0 تا 2/0 میلی متر می باشد.)
د- تعذیه گذاری :
داشتن جهت مناسب انجماد می تواند مقدار انقباض آخرین محل انجماد را به حداقل برساند و لذا می توان از کوچکترین تغذیه ممکن استفاده نمود . یکی از روشهای بارز قالبهای ریژه ، سرعت زیاد و جهت دار بودن انجماد است که در مواردی نیاز به تغذیه گذاری را بکلی حذف می نماید و در سایر موارد نیز کوچک بودن حجم تغذیه مورد نیاز نسبت به سایر روشهای ریخته گری قابل ملاحظه است.
تهیه و آماده سازی ذوب ریژه :
الف – کوره :
ویژگیهای کوره های خاص ریخته گری خصوصاً در مورد آلومینوم ، امکان بهره برداری از کوره در نزدیکی دستگاه ریژه می باشند لذا کوره هایی که اطراف آنها مجموعه ای حرارت و گازهای داغ و آلوده پوشیده اند به هیچ وجه توصیه نمی شود.
ب- عملیات کیفی :
انجام عملیات گاز زدایی و فلاکسینگ در ریخته گری ریژه اکیداً توصیه می شود چرا که این فرایندها تاثیر فراوانی در خواص نهایی قطعات خواهند داشت در ارتباط با جوانه زنی باسیتی گفته شود که بهترین نتیجه این عملیات زمانی است که مواد مورد نظر در ملاقه درست قبل از بارریزی، مخصوصاً در مورد آلومینیوم به ذوب اضافه شود . در رابطه با قطعات با ضخامت کمتر از 6 میلی متر به دلیل قابلیت تبریدی قالب نیازی به جوانه زنی وجود ندارد.
ج- درجه حرارت آلیاژ مذاب :
عوامل موثر در تعیین درجه حرارت بارریزی دقیق عبارتند از :
نوع آلیاژ:
قطعات مختلف با توجه به خواص مورد نیاز از آنه اداری ترکیب شیمیایی متنوعی می باشند که با توجه به دیاگرام فازی آلیاژ مربوط و یا جداول ویژه درجه حرارت مناسب تعیین می شود.
ضریب شکلی (ضخامت قطعه):
ضخامت و یا مدول قطعه بر درجه حرارت بارریزی تاثیر فراوانی دارد. ضخامت قطعات ضخیم و پرحجم را با حداقل دما و قطعات نازک و باریک در حد بالای دمای بارریزی ریخته گری می شود.
با توجه به عوامل فوق الذکر در تعیین دقیق درجه حرارت مناسب بارریزی می توان با تعبیه یک ترموکوپل داخل مذاب و اتصال آن به تابلوی دستگاه کوره بطور اتوماتیک دمای مذاب را همواره ثابت نگاه داشت که به کاهش عیوب قطعات کمک فراوان می کند. عدم وجود اتوماسیون در کنترل درجه حرارت مذاب را میتوان با برخورداری از اپراتورهای مجرب تا حدی اندک جبران نمود.
عمر قالب ریژه :
عمر قالب از موضوعات مهم در ریخته گری قالبهای ویژه می باشد ، چرا که عامل اصلی و مهم در عامل اصلی و مهم در تعیین قیمت تمام شده قطعات می باشد . عمر قالب ریژه نیز همانند جنس قالب به چهار عامل ذیل بستگی دارد:
الف – درجه حرارت بارریزی مذاب
ب – اندازه قطعه ریختگی
ج – تعداد قطعات ریختگی در هر قالب
د – قیمت مواد قالب
عمر قالب می تواند از یکصد بار ریختن تا 250.000 بار ریختن و حتی بیشتر باشد . به عنوان مثال قالبهای مورد استفاده در پیستونهای آلومینیومی می تواند 250.000 قطعه بدون نیاز به تعمیرات اساسی را ارائه نماید و با تعمیرهای مکرر تا 5/3 میلیون قطعه را امکان تولید دارد.
عوامل موثر در عمر قالبهای ریژه :
درجه حرارت بارریزی :
درجه حرارت بالا باعث کاهش عمر قالب می شود.
وزن قطعه ریختگی:
با افزایش وزن قطعه ریختگی عمر قالب کاهش می یابد.
شکل قطعه ریختگی :
انتقال حرارت در قسمتهای ضخیم نسبت به قسمتهای نازک قالب بیشتر بوده بنابراین هنگامی که قطعه ریختگی دارای اختلاف سطح مقاطع زیاد باشد ، در قسمتهای مختلف قالب اختلاف درجه حرارت بوجود آمده و عمر قالب کاهش می یابد.
روش سرد کردن :
نحوه سرد کردن قالب در عمر آنها موثر است به عنوان مثال سرد کردن قالب توسط آب نسبت به هوا عمر قالب را کاهش می دهد.
پیش گرم کردن قالب :
با پیش گرم کردن ، عمر قالب افزایش می یابد.
پوشش قالب :
پوشش از خوردگی و جوش خوردن فلز مذاب به قالب جلوگیری می کند و عمر آن را افزایش می دهد که در قسمتهای بعدی راجع پوششهای قالب بحث خواهد شد.
جنس قالب :
در این رابطه می توان به جدول (1) مراجعه کرد .
انبار کردن :
ابنار نمودن قالب در محلهای نامناسب باعث زنگ زدگی و خراب شدن آن می شود .
تمیز کردن قالب :
عمل تمیز کردن قالب به وسیله پاشیدن مواد ساینده و فرو بردن قالب در محلول سود و تمیز کاری با برس سیمی انجام می شود تمیز کاری بایستی با دقت انجام شود در غیر این صورت باعث ساییدگی و کاهش عمر قالب می شود.
سیستم راهگاهی :
طراحی صحیح سیسم راهگاهی عمر قالب را افزایش می دهد.
نوع عملیات ریختگی :
عمر قالب در روشهای اتوماتیک نسبت به روشهای دستی بیشتر است به گونه ای که ممکن است عمر قالب در رشهای اتوماتیک تا دو برابر روشهای دستی برسد.
پوشش قالب های ریژه :
پوشش کاری یکی از تکنیکی ترین نکات در ریژه ریزی بوده و از روشهای مختلف اجرایی می توان در امر پوشش کاری قالب بهره جست ، که برای مثال از روشهای غوطه وری ، استفاده از فرچه و یا اسپری نمودن نام برد. ضخامت پوشش نیز بسته به نیاز تعیین می شود و معمولاً از 1/0 تا ماکزیمم 1 میلی متر نیز می تواند به اجراء در آید. قبل از اجرای عمل پوشش کاری باید قالب را تا 250 درجه سانتی گراد گرم نمود ، چرا که در این شرایط به دلیل تبخیر سریع آب پوشش به یکنواختی و چسبندگی بیشتری دست خواهیم یافت. به طور کلی در قالبهای ریژه پوشش قالب به عنوان سدی در برابر نفوذ و تماس فلز مذاب و قالب عمل می کند. بطور کلی پوشش قالب برای چهار منظور بکار می رود:
الف – برای جلوگیری از انجماد سریع فلز مذاب
ب – به منظور کنترل ، سرعت و نحوه انجماد و نتیجتاً کمک به سلامت قطعه
ج – به حداقل رساندن شوک های حرارتی در قالب
د – به جهت جلوگیری از جوش خوردن مذاب به قالب
انواع مواد پوششی در قالب ریژه :
مواد پوششی مورد استفاده در قالبهای ریژه عموماً دو نوع هستند که عبارتند از :
عایق کننده ها و روان کننده ها در برخی موارد از هر دو نوع پوشش استفاده می شود یک ماده پوششی عایق کننده خوب می تواند از مخلوط یک قسمت (وزنی) سیلیکات سدیم با دو قسمت کائولن کلوئیدی همراه با آب کافی به وجود آید.
مواد پوششی روانکار مطلوب معمولاً شامل گرافیت در یک حامل (واسطه ) می باشد در جدول (2) پانزده ترکیب مناسب از مواد پوششی نشان داده شده است . به دلیل هدفهای مختلف در پوشش یک قالب معمولاً از ترکیب چند ماه پوششی استفاده می شود و در برخی موارد هر قسمت قالب را می توان توسط یک نوع ماده پوشش داد .
مشخصه های مواد پوششی :
مهمترین مشخصه های مواد پوششی :
مهمترین مشخصه های مواد پوششی جهت قالبهای ریژه عبارتند از :
الف – برای افزایش عمر قالب ، مواد پوششی باید حالت خورندگی قالب را نداشته باشد.
ب- بایستی به راحتی به سطح قالب چسبنده و در عین حال پس از عملیات ریختگی به راحتی از قالب جدا شوند .
ج- بایستی از تماس مستقیم مذاب و قالب ممانعت نماید .
د – ماده پوششی بایستی خنثی بوده و تولید گاز مضر ننماید.
روشهای پوشش دادن :
قبل از پوشش قالب ، سطح آن بایستی تمیز و عاری از هر گونه چربی و روغن باشد در صورتی که قالب توسط اسپری پوشش داده می شود. سطوح قالب را به اندازه کافی داغ کرد (حدود 250 درجه سانتیگراد ) به این ترتیب آب موجود در مواد پوشش کاملاً بخار می شود.
پوشش قالب را می توان توسط روش اسپری و یا برس و یا غوطه ور نمودن قالب در مواد پوشش انجام داد.
عمر مواد پوششی :
عمر مواد پوششی بستگی به عاملهایی مانند درجه حرارت مذاب ، اندازه و پیچیدگی قالب و سرعت بارریزی مذاب دارد . در برخی قالبها در آغاز هر شیفت و یا دوره کاری نیاز به پوشش قالب وجود دارد و در بسیاری از موارد هر چند روز یک بار این پوشش انجام می شود به منظور برطرف نمودن پوشش و تمیز کردن قالب توسط یک سند بلاست نرم عمل انجام می گیرد.
مواد پوششی برای آلیاژهای مختلف ریختگی :
جنس فلز یا آلیاژی که در قالب ریخته می شود در تعیین نوع مواد پوشش نقش اصلی را دارد در ریخته گری آلومینوم و منیزیم معمولاً یک نوع ماده در قالبهای ریژه استفاده می شود و در برخی موارد ممکن است از دو پوشش در قالب استفاده نمود.
در آلیاژهای مس به دلیل بالا بودن درجه حرارت ریخته گری آنها و مشخصه های انجماد این نوع آلیاژها ، بایستی از پوشش عایق برای قالبهای ریژه استفاده نمود. برای پوشش قالبهای ریژه مورد استفاده در چدنهای خاکستری دو نوع پوشش در قالب استفاده می کنند.
پوشش اولیه که معمولاً قبل از هر شیفت کاری استفاده می شود و پوشش ثانویه که قبل از هر بارریزی مورد استفاده قرار می گیرد.
پوشش اولیه شامل سیلیکات سدیم (آب شیشه) و گل سفید به نسبت یک به چهار (حجمی ) به همراه آب کافی می باشد. آب را به منظور تسهیل در استفاده توسط اسپری به مخلوط اضافه می نمایند. مخلوط پوشش فوق در سطح قالب گرم شده (تا حدود 250 درجه سانتیگراد) اسپری می گردد.
پوشش ثانویه شامل لایه های کربن پوشش داده شده روی سطح قالب می باشد . این لایه پوشش بر اثر احتراق گاز استیلن در سطح قالب ایجاد می شود.
درجه حرارت در قالب های ریژه :
درجه حرارت قالب در سلامت قطعه ریختگی تاثیر قابل توجهی دارد ، در صورتیکه درجه حرارت قالب پائین باشد باعث بوجود آمدن عیوبی مانند پرنشدن قالب (نیامد) و ترک می شود و بر عکس اگر درجه حرارت قالب بالا باشد عیوبی مانند مک و کاهش خواص متالورژیکی قطعه را به وجود می آورد به طور کلی عوامل زیر درجه حرارت قالب را تعیین می کند.
درجه حرارت بارریزی :
با افزایش درجه حرارت بارریزی درجه حرارت قالب افزایش می یابد.
تعداد دفعات ریخته گری :
هر چه دوره عملیات ریخته گری سریعتر باشد درجه حرارت قالب افزیش می یابد.
شکل قطعه ریختگی :
مقاطع ضخیم ، گوشه های تیز نه تنها درجه حرارت کلی قالب را افزیش می دهد ، بلکه یک شیب حرارتی نامناسب ایجاد می کند.
ضخامت قطعه ریختگی :
با افزایش صخامت قطعه ریختگی درجه حرارت قالب افزایش می یابد.
ضخامت دیواره قالب :
با افزیش ضخامت دیواره قالب درجه حرارت قالب کاهش می یابد.
ضخامت پوشش قالب :
با افزایش ضخامت پوشش قالب درجه حرارت قالب افزایش می یابد.
درجه حرارت بارریزی :
کنترل درجه حرارت بارریزی در ریخته گری در قالبهای ریژه از اهمیت به سزایی برخوردار می باشد. درجه حرارت بارریزی همانگونه که قبلاً اشاره شده در عمر قالب تاثیر دارد. از طرف دیگر این درجه حرارت در سلامت قطعه ریختگی فاکتور تعیین کننده می باشد در صورتی که درجه حرارت بارریزی پائین تر از حد لازم باشد محفظه قالب پر نشده ، راهگاه و تغذیه قبل از آخرین قسمت قالب منجمد می شود و قسمتهای نازک قالب با سرعت منجمد می شود و در نهایت درجه حرارت پائین منجر به عیوبی مانند پر نشدن قالب ، مک ، ترک و کاهش خواص قطعه می شود.
اگر درجه حرارت بارریزی از مقدار لازم بیشتر باشد ، باعث انقباض و تاب برداشتن قالب می شود در نتیجه دقت ابعادی کاهش می یابد همچنین عیوبی مانند مک کاهش خواص مکانیکی و متالورژیکی نیز براثر افزایش درجه حرارت بارریزی به وجود می آید .
بررسی عیوب در ریخته گری به روش ریژه :
حذف عیوب و تولید قطعه سالم جز با شناخت کامل و دقیق عوامل تشکیل عیوب ممکن نمی باشد ، معمولترین عیوب ریژه عبارتند از :
نیامد ، سرد جوشی ، مکهای انقباض و گازی ، آخالهای فلزی و غیر فلزی ، ترکها ، شکستگی ها و ردبار بررسی و تحلیل سرمنشا عیوب و روشهای حذف آنها خود می تواند موضوع مبحث دیگری باشد ، ولی مادر این قسمت به برخی از عیوب متداول ، علت عیب و رفع آنها اشاره مختصری می نمائیم .
کنترل عیوب ریخته گری در قالب ریژه :
عیب (1)
عیب وجوه سرباره و حفره های گازی متمرکز در قطعه
علل عیب (1)
(1- الف): آلودگی مذاب ناشی از تلاطم زیاد در جریان انتقال از کوره ذوب به پاتیل بارریز
چاره جویی (1- الف):
پرهیز از انجام بارریزی سریع استفاده از سرعت بارریزی یکنواخت باحداقل ارتفاع سرریز مذاب ، بهترین راه حذف سرباره های غوطه ور دورن مذاب فلاکس کردن با مواد مناسب می باشد.
(1-ب): سرباره وارد شده در پاتیل بارریز که در هنگام پرکردن ملاقه بارریز از مذاب داخل آلیاژ می شود.
چاره جویی (1- ب):
سرباره مذاب بطور مرتب گرفته شود ، در هنگام برداشتن مذاب لایه سطحی واکسید شده مذاب پس زده شود و از به هم خوردن این لایه و ورود اکسیدها به داخل مذاب پرهیز شود. از برداشتن مذاب مازاد بر مصرف بارریزی پرهیز شود و مذاب برداشته شده اضافه بلوکه شده و به کوره نگهدارنده برگردانیده نشود.
(1-ج) : جذب شدن هوا توسط مذاب در طول سیستم راهگاهی در طی بارریزی .
چاره جویی (1-ج) :
از راهگاههای شامل تله آشغال گیر استفاده نموده و آن را در طول بارریزی پر نگاه دارید.
(1- د) : تلاطم زیاد مذاب در سیستم راهگاهی ، در هنگام ورود به محفظه قالب .
چاره جویی (1-د):
سیستم درهگاهی را اصلاح کنید ، در ریخته گری های عمودی عرض محفظه گوه ای شکل را تغذیه های جانبی افزایش دهید .
عیب (2) :
عیب وجود گاز حبس شده در قطعه
علل عیب (2)
(2- الف) : آلودگی و کثیف بودن مذاب می تواند ویسکوزیته یا لزجت مذاب را تاحدی افزایش دهد که هوا و گازها نتوانند آنچنان که باید خارج شوند.
چاره جویی (2- الف):
شرایط عوامل (1- الف) و (1-ب) ذکر شده در قسمت قبلی باید کنترل شود.
(2-ب): کمبود هوا کش ها ممکن است مانع از خروج هوا در خلال ورود فلز مذاب به محفظه قالب گردد.
چاره جویی (2-ب):
کلیه هواکشها را علی الخصوص در سطوحی که عیب حفره های گازی بروز می نماید را کنترل کنید.
عیب (3):
حفره های گازی در مقاطع ضخیم که حاکی از وجود گاز محلول در مذاب می باشد.
علل عیب (3) :
(3 – الف) : درجه حرارت مذاب زیاد می باشد استفاده از شمشها ی مرطوب و یا برگشتهایی چرب و مرطوب در فرایند ذوب
چاره جویی (3- الف):
عملیات ذوب را کنترل کنید انجام عملیات گاز زدایی ضروری می باشد.
(3-ب ): تلاطم زیاد در جریان انتقال مذاب از کوره به پاتیل
چاره جویی (3- ب ):
همانند مورد (1- الف) ذکر شده در قسمت قبلی باید عمل شود.
(3- ج) : درجه حرارت بالای ریخته گری درون قالبی که دمای آن از حد لازم بالاتر رفته است و موجب تاخیر انجماد و افزیش حفرات گازی می گردد.
چاره جویی (3- ج):
اگر دمای بارریزی را برای جلوگیری از عیب نیامد بالاتر از حد معمول در نظر می گیرید بهتر است عوامل پیدایش عیب نیامد را بررسی کرده و دمای بارریزی را تاحدلازم کاهش دهید.
(3-د) : پوشش کاری بیش از حد قالب که باعث تاخیر در انجماد قطعه می گردد.
چاره جویی (3- د):
قالب را خرچه زده و تمیز کنید و مجداً آن را بصورت نازکی پوشش کراه نماید.
عیب (4) :
عیب بروز حفره های انقباض معمول انجماد بصورت تخلخل سطحی و حفره های داخلی در برخی سطوح خاص
علل عیب (4)
(4- الف) : عدم وجود انجماد جهت دارو عدم برقراری شیب دمایی مناسب .
چاره جویی (4- الف):
سیستم راهگاهی را بگونه ای تغییر دهید تا انجماد به سمت تغذیه جهت دار شود.
ضخامت پوشش قالب را کنترل کنید بطوری که در قسمتهایی که عمل مذاب رسانی را انجام می دهد ضخیم و در قسمتهای که تبرید بیشتری نیاز دارد نازک باشد ، اگر این حالت همچنان برقرا بود بایستی اندازه قسمتهای مذاب رسان را افزایش داده و یا شرایط تبریدی ویژه ای برای قسمتهای خاص مهیا نمود.
(4-ب ) : عدم رسانیدن مذاب کافی به قسمتهای ضخیمی که توسط مقاطع نازک احاطه شده اند.
چاره جویی (4- ب):
اگر قسمت ضخیم نمی تواند در سطح جدایش قرار گیرد سعی بر بهبود انتقال مذاب با تغییر طراحی مقاطع نموده و یا از نافی های مذاب رسان استفاده شود. در صورتی که انجام این کار ممکن نباشد، از مبردهای مخصوص (داخلی) استفاده نمایید.
(4- ج): بالا بودن درجه حرارت بارریزی مذاب.
چاره جویی (4- ج):
اگر درجه حرارت مذاب را تنها برای حذف عیب نیامد افزایش داده اید، با دقت در مورد عیب نیامد آن را به حالت معمول برگردانید.
(4- د): ترکیب شیمیایی آلیاژ
چاره جویی (4- د):
اگر انقباض بعد از انجام اصلاحات فوق برطرف نگردید، آنالیز شیمیایی مذاب را با مشخصات لازم کنترل کنید و از آلیاژ دیگری استفاده کنید، گاهی اوقات می توان از مذابی که دارای مقادیر نه چندان زیادی باشد، به گونه ای استفاده نمود که حفره های گازی و ریز با توزیع یکنواخت (که نسبتاً بی ضرر می باشد) را با عیوب حفره های انقباضی بسیار جدی جایگزین نمود.
عیب (5):
عیب نیامد
علل عیب (5):
(5- الف): درجه حرارت بارریزی پایین می باشد.
چاره جویی (5- الف):
بهترین دمای بارریزی را تعیین و انتخاب کنید.
(5- ب): خارج شدن حرارت بسیار زیاد قالب به دلیل وجود سطح تماس زیاد آن با سیستم نگهداری آن
چاره جویی (5- ب):
کاهش سطح تماس نگهدارنده قالب و یا استفاده از مواد عایق حرارتی مانند ورقهای ترانزیت یا آزبست.
(5- ج): پوشش قالب ناکافی بوده و یا در اثر تولید پوسته ساییده و نازک شده است.
چاره جویی (5- ج):
در صورت امکان ضخامت پوشش را در محلهایی که عیب نیامد بروز می کند افزایش دهید.
(5- د): سرعت کم پر شدن قالب.
چاره جویی (5- د):
سرعت بارریزی را کنترل کنید . در صورت نیاز راهباره را وسیع تر و یا تعداد آن را زیاد کنید، بطوری که مذاب با سرعت زیاد و بدون تلاطم محفظه قالب را پر کنید.
(5-هـ): عدم وجود هوا کشهای کافی که باعث می شود مذاب در اطراف هوای حبس شده داخل قالب منجمد شود و آن قسمت بصورت عیب نیامد ظاهر شود.
چاره جویی (5-هـ):
هواکش هارا کنترل کنید ، ببینید باز هستند یا خیر ، همچنین اندازه آنها مناسب می باشد یا نه.
(5-و): وجود آلودگی و آشغال درون مذاب که باعث کاهش سیالیت (خنگ شدن بار) مذاب شده و نمی تواند قبل از انجماد تمامی محفظه قالب را پر نماید.
چاره جویی(5-و):
عوامل ذکر شده در قسمتهای (1-الف )و(1-ب )و(1-د)را کنترل کنید.
عیب (6)
عیب وجود ترکها در قطعات ریختگی
علل عیب (6)
(6-الف) : خارج سازی بسیار کند قطعه ریختگی از داخل قالب که یا به دلیل شرایط ضعیف مکانیکی قالب و سیستم بوده ویا از نا مناسب بودن سیکل زمانی فرآیند ناشی می شود0
چاره جویی(6-الف):
بررسی کنید: آیا مکانیزه های باز کردن قالب و بیرون اندازهای قطعه ریختگی بدرستی سهولت کار
می کنند ، یا سیکل زمانی فرآیند مناسب می باشد و یا قالب در درجه حرارت لازم قراردارد یا خیر0
(6 – ب) : تاخیر در خارج سازی قطعه به دلیل بزرگ بودن تغذیه ها و زمان انجماد زیاد آنها
چاره جویی(6- ب):
افزایش سرعت انجماد تغذیه ها باکاهش ضخامت قالب ویا کاهش اندازه آنها و یا تبرید و خنک نمودن بیشتر آنها 0
(6 – ج ) : انجماد غیر کنترل شده که باعث پیدایش نقاط داغ در قطعه می شود و نمی توان آنها را در طول انقباض آزاد قطعه تغذیه نمود0
چاره جویی(6-ج ):
در نقاط داغ از مبردها استفاده کنید 0 سیستم تغذیه گذاری را بگونه ای تغییر دهید که بتوان نقاط داغ را تغذیه نمود 0جهت دار بودن انجماد را کنترل کنید 0
(6 -د): گوشه های داخلی تیز و یا تغییر ضخامت ناگهانی در طراحی قطعه ممکن است باعث بروز نقاط داغ یا سطوح ضعیف شود 0 ویا طراحی غلط می تواند موجب ایجاد تنشهای انقباضی زود هنگام در مقاطع نازک گردد0
چاره جویی(6-د):
در گوشه های داخلی از لبه های پهن استفاده کنید ، ضخامت مقاطع نازک را در نزدیکی مقاطع ضخیم بتدریج افزایش دهید . تیغه هایی به مقاطع نازک اضافه کنید و یا نافی هایی به آن بیافزائید که بعداً از قطعه جدا شدند.
(6-هـ) : تبعیه پین های پران در قسمتهای ضعیف ریختگی یا به کار گیری فشار پران روی سطح طولانی موازی با سطح جدایش قالب.
چاره جویی (6-هـ):
پینهای پران بایستی بر روی مقاطع عمود بر سطح جدایش که بیشترین شیب را در محفظه قالب به خود اختصاص می دهند تعبیه شوند.
(6-و) : تنشهای پیدایش ترک ممکن است ناشی از استفاده نادرست از انبرها و جرثقیلهای خارج کننده قطعه و یا به دلیل سردکردن سریع و غیر یکنواخت بعد از خارج سازی و یا ناشی از تل انبار کردن نادرست آنهادر زمانی که داغ هستند ، باشد .
چاره جویی (6-و):
انبرها و قلاب بالابرها بایستی به قسمت قوی تر قطعه متصل شوند ، ریختگیهای داغ نبایستی بر روی سطوح فلزی و یا زمینهای سرد ریخته شده و نبایستی روی هم انبار شوند.
منابع و مآخذ:
1- مجلات جامعه ریخته گران ایران
2- کتاب اصول ریخته گری
3- Beely. R/”Foundry Technology”/ Buther
Worths/ 1972.
4- Metals Hand book/ 4th Edition, Vol.15/ASM