ریخته گری کوبشی

[Peyman 16150]

ریخته گری تحت فشار کوبشی

 

مقدمه

 

ریخته گری تحت فشار با نام آهنگری فلز مایع نیز شناخته می شود. در این فرایند فلز مذاب داخل قالب ( درون یک صفحه قالب ) جای گرفته و صفحه دیگر قالب با فشار هیدرولیکی بسته می شود و تا انجماد مذاب فشار ادامه دارد. فشار بالای به کار برده شده و انجماد سریع در سطح قطعه به دلیل سرعت بالای انتقال حرارت قالب باعث نزدیک شدن خواص مکانیکی قطعه ریخته گری به خواص مکانیکی قطعه کار شده می شود. فرآیند ریخته گری تحت فشار خودکار (اتوماتیک) شده است و می تواند به آسانی قطعاتی با کیفیت بالا را تولید نماید. این فرایند در سال 1960 در ایالات متحده معرفی شد و پس از منتشر شدن به صرفه بودن این روش برای ریخته گری آلیاژهای غیر آهنی پذیرفته شد و گسترش یافت.

 

آلیاژهای آلومینیوم ، منیزیم و مس به سهولت با این روش قابلیت تولید دارند. برخی ترکیبات آهنی با شکلهای ساده نیز با این روش تولید شده اند به عنوان مثال چرخ سنگ شکن نیکل سخت ( hard nickel ) با استفاده از این فرایند تولید شده است. به رغم عمر کوتاه سنبه با گوشه های تیز در تولید آلیاژهای آهنی با این حال به دلیل کاهش هزینه های تولیدی از لحاظ نیروی انسانی و صرفه جویی در مواد این فرایند برای این گونه تولیدها نیز اتخاذ می شود.

 

 

 

 

مزایای ریخته گری تحت فشار

 

با در نظر گرفتن اهمیت کم کردن مواد مصرفی در فرایند های تولید مواد با استحکام بالا ، روش ریخته گری تحت فشار به عنوان یک جایگزین مناسب در برابر شیوه های سنتی ریخته گری و آهنگری محسوب می شود. به وسیله تحت فشار قرار دادن مذاب وقتی که نزدیک به انجماد است می توان به قطعاتی با چگالی بالا دست یافت. قابلیت تشکیل ساختار نزدیک به توری و توری شکل از مزیتهای کلیدی این فرآیند است. تلرانس 0.05 mm ( 0.002 in ) برای آلیاژهای غیر آهنی غیر متعارف نیست. بازدهی 100% در تعداد بالا معمول نیست. بهبودی خواص مکانیکی از مزیتهای دیگر فرایند ریخته گری فشاری می باشد. ریخته گری فشاری با موفقیت برای آلیاژهای غیر آهنی و آهنی که به طور سنتی تولید شده اند به کار می رود..

 

از کاربردهای آن میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

پیستون آلومینیومی ماشین ، دیسک ترمز چرخ خودرو ، چرخ کامیون ، بوشها و دنده های برنجی و برنزی ، اجزا فولادی موشکها ، چرخ دنده های دیفرانسیل ، قسمتهای چدنی و پوسته چدن نشکن خمپاره.

 

ریخته گری فشاری یکی از روشهای کارآمد ، ساده و اقتصادی برای تولید تعداد بالای قطعات به روش خودکار ( اتوماتیک ) می باشد. خواص مکانیکی بالا در این فرایند قابل حصول می باشد. اصلاح و بی عیبی ساختار در فرایند ریخته گری تحت فشار باعث می شود که روش مناسبی برای ریخته گری و تولید قطعات کاربردی حساس به حساب آید.

 

 

شرح مراحل ( Process Description )

 

همان طور که در شکل زیر نشان داده شده است مذاب به داخل قالب از پیش گرم شده و روغن کاری شده ( پوشش داده شده ) ریخته شده و فورج می شود. بار اعمال شده تا موقع انجماد باقی می ماند. بیرون اندازی قطعه ریخته شده توسط قالب انجام می شود. کاربرد فشار 55-100Mpa ( 8-15 Ksi )باعث میشود که عیوب گازی حذف شوند به طوری که گویی عملیات استاندارد گاز زدایی برای قطعه انجام شده است. به علت استفاده از فوق ذوب بسیار پایین حفرات انقباضی بسیار محدود اند. و این به دلیل نیاز کم به سیالیت است چون فشار اعمال شده توان پر کردن قالب را دارد. در قطعات بزرگتر به دلیل وجود مناطق داغ ( اختلاف دما در نقاط مختلف قطعه ) احتمال به وجود آمدن حفرات انقباضی بیشتر است. در آلیاژهای با دامنه انجماد طولانی و استفاده از این روش به سالم بودن قطعه اطمینان بیشتری می دهد. فرایند ریخته گری فشاری با فرستادن ذوب به درون یک قالب از یش گرم شده و ایجاد فشار هیدرولیک آغاز می شود. این فشار به 140Mpa می رسد و فلز تحت فشار منجمد می شود.

 

 

 

 

[Peyman 16150]

مراحل کار (Process Variables )

 

تعدادی متغیر تحت کنترل برای دست یابی به قطعه سالم وجود دارد. متغیرهای زیر با توجه به آلیاژ و شکل قطعه تعریف شده اند.

 

- حجم مذاب (Melt Volume ): تعیین میزان دقیق مذاب بسیار مهم و الزامی است.

 

- دمای ریخته گری (Casting temperatures ) : دمای ذوب به شکل قطعه و نوع آلیاژ بستگی دارد و فوق ذوب تا 55°C می رسد.

 

- دمای شکل دهی (Tooling temperatures ) : محدوده 190-315 °C ( 375-600 °F ) به سادگی به کار برده می شود.و دمای پایین تر برای قطعات بزرگتر به کار برده می شود. دمای سنبه حدود 30 تا 15 درجه پایین تر نگه داشته می شود تا لقی لازم برای ورود به ماتریس حفظ شود.

 

- زمان نگه داری (Time delay ) : بایستی زمان نگه داری بین ریختن مذاب و ورود سنبه و خروج قطعه حداقل ممکن باشد تا از حساسیت قطعات برای ایجاد عیوب کاسته شود و در مقاطع نازک توان پر شدن قالب وجود داشته باشد .

 

- میزان فشار (Pressure levels ) : استفاده از 50-140Mpa یا 7.5-20Ksi معمول می باشد، که این فشار بستگی به شکل هندسی قطعه نیز دارد. انتخاب این فشار بر حسب خواص مکانیکی مورد نظر برای قطعه می باشد. ایتم های حین فشار زمان نگه داری برای قطعات حدود 20Kg از 30-120 sec می باشد. به هر حال مهمترین عامل در زمان نگه داری شکل قطعه می باشد که خود زمان نگه داری متناسب با میزان فشار و دما ی مذاب می تواند تغییر کند.

 

- روغن کاری (Lubrication ) : برای ریخته گری Al-Mg و Al-Cu گرافیت یک روان کننده خوب است که روی قالب پیش گرم شده پاشیده می شود ولی بایستی مواظب بود در جاهایی که سوراخهای ریز خروج هوا وجود دارد زیاد پاشیده نشود و برای ریخته گری آلیاژهای آهنی نوع سرامیکی روانساز از جوش خوردن قطعه به قالب جلوگیری می کند.

 

 

کنترل کیفیت (Quality Control )

 

عموما پارامترهای هر فرایند برای هر شکل از قطعات تعریف شده اند. با حفظ یکسانی و یکنواختی شرایط می توان قطعاتی با کیفیت بالا به دست آورد. عدم توجه به این پارامترها عیوب زیر را به همراه دارد : آخالهای اکسیدی ، تخلخل ، جدایش ، تاول ، جوش خوردن ، سرد بودن مذاب ، ترک گرم ، پارگی مقاطع ، جدایش محوری ، جدایش در زمان خروج

 

عیوب فوق به علل زیر به وجود می آیند :

آخالهای اکسیدی : به خاطر کثیف بودن قالب و عدم تصفیه مذاب ایجاد می شود. که با استفاده از صافی و عدم تلاطم مذاب این آخالها به حداقل می رسند. عدم ورود ذرات خارجی در زمان باز بودن قالب نیز مفید است ، همچنین تخلخل می تواند در مواقعی که فشار به میزان کافی نباشد ایجاد شود. به کار بردن 70Mpa فشار یک قاعده کلی است. اگرچه با فشار 50Mpa نیز قطعاتی سالم به دست خواهد آمد ولی افزایش فشار باعث به وجود آمدن پایین ترین میزان عیب ریخته گری می شود.

 

جدایش فشار پایین (segregation ) تقریبا شبیه microsegregation می باشد. با این تفاوت که به ندرت اتفاق می افتد. که به صورت ایجاد مناطق جامد در مناطق مایع به وجود می آید و باعث جدایش مکانیکی ساختار می شود . که باعث افت خواص مکانیکی و مناطق حساس به خوردگی می شود. این نقص می تواند توسط طراحی صحیح اصلاح شود. با افزایش درجه حرارت قالب یا به وسیله کوتاه کردن زمان فرآیند می توان این مشکل را برطرف ساخت.

 

 

 

 

جدایش محوری (Centerline segregation ) : این یکی از نقص های معمول در این فرآیند است که در آلیاژهای آلومینیوم با درصد عناصر آلیاژی بالا رخ میدهد. هنگامی که انجماد از دیواره ها آغاز می شود عنصر آلیاژی با دمای بالاتر جدایش پیدا کرده و به خاطر تفاوت غلظت و عدم محلول سازی خوب شروع به انجماد می کند . که با افزایش درجه حرارت قالب ، به حداقل رساندن زمان پر شدن قالب یا توسط انجام محلول سازی خوب مذاب این مشکل رفع می شود.

 

تاول زدن (Blistering) : هوا یا گاز در حین عملیات حرارتی بعدی ممکن است به صورت تاول زیر سطح دیده شوند. برای رفع این مشکل بایستی مذاب گاز زدایی شود ، از تلاطم جلوگیری شود ، سرعت پر کردن قالب زیاد نباشد و درجه حرارت ریخته گری خیلی زیاد نباشد. برای جلوگیری از سرد جوشی بایستی درجه حرارت قالب را افزایش داد.

 

 

 

 

 

 

[Peyman 16150]

ترک گرم (Hot tearing ) : در آلیاژهایی که دامنه انجماد طولانی دارند به عنوان مثال (off eutectic composition ) زمانیکه جامد و مایع با هم در یک پهنه بالایی دمایی قرار دارند. انقباض حاصل از انجماد سطوح سخت قالب می تواند گسیختگی را ایجاد نماید. روشهای برای دوری کردن از ترک گرم وجود دارند که عبارتند از : کاهش فوق ذوب ، کاهش دمای قالب ، افزایش زمان فشار و افزایش شیب دیواره ها.

 

چسبیدن : گاهی اوقات امکان چسبیدن یک لایه از قطعه به قالب یا سنبه وجود دارد که به خاطر بالا بودن دمای قالب یا سنبه یا به خاطر عدم کافی بودن روان ساز می باشد. که توصیه شده دمای قالب پایین تر آید یا درجه حرارت فوق ذوب پایین آید. در آلیاژهای پر سیلیسیم دیده شده وقتی یک اندازه بزرگ دانه در حدود 0.5 تا 2mm در سطح وجود دارد در موقع ماشینکاری یا پرداخت سطح کنده شده. که عامل آن استفاده از سنبه یا قالب سرد بوده است. این عیب توسط افزایش زمان ریخته گری یا افزایش درجه حرارت مرتفع می شود.

 

جدایش در زمان خروج : اگر در زمان ریختن مذاب اکسیدی تشکیل شود ، در زمان خروج قطعه ممکن است که این تکه از اکسید از قطعه جدا شود همچنین اگر زودتر از بقیه قسمتها منجمد شود باعث ایجاد جدایش مکانیکی می شود. جدایش فشار کاری توسط افزایش دمای فشار کاری یا دمای ریخته گری حل می شود.که با کم کردن زمان تکمیل قالب می توان تشکیل اکسید روی سطح نیمه جامد فلزی در قالب را کاهش می دهد.

 

 

ریز ساختار

 

با استفاده از روش ریخته گری فشاری می توان به نرخ افزایش چگالی بالایی دست یافت که این نرخ افزایش چگالی حتی با فشار متوسط می تواند باعث ایجاد یک رابطه منطقی میان انجماد و انتقال حرارت شود. که این نرخ افزایش انتقال حرارت در حدود ده برابر است. همچنین نتایج بهتری در خواص به دست می آید که به خاطر دانه بندی بهتر و اندازه دانه کوچکتر می باشد و این ریز دانه تر شدن به دلیل ایجاد هسته های زیاد انجماد می باشد. به علاوه در این روش به دلیل وجود فشار نیاز به سیالیت بالایی ندارد. به دلیل سرعت انجماد متناسب از جدایش در بعضی از آلیاژها جلوگیری می شود.

 

 

کاربرد محصولات

 

قطعات تولید شده توسط این روش در تعدادی از فلزات و آلیاژهای گوناگون شامل گروهای آلومینیومی ، یک پوسته چدن نشکن و یک دنده مخروطی فولادی است. همچنین یک سری تیغه های برشی فولادی ، سوپر آلیاژها ، رینگ آلومینیومی خودرو ، پیستون ، چرخ دنده های برنجی و بتازگی از این روش امکان پذیر شده است

 

 

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

 

 

[dehghan91 13]

با سلام

از اینکه انقدر جامع وخلاصه بود متشکرم

[alizaman 10]

بابت مطالب مفید تان ممنونم.