کاربرد کامپیوتر در صنعت ریخته گری

[Peyman 16150]

توجه : برداشت از مطالب این تاپیک تنها با ذکر منبع آن مجاز می باشد. ( http://www.noandishaan.com )

 

 

مقدمه

 

 

در محیط تجــــاری رقابتی و دائماً در حال تغییر امروز، صنایع و کسب و کارها دیگر نمی توانند بر یک بازار ثابت و پایــدار برای محصولات خود متکی باشند. آنها باید در زمینه های کیفیت، قیمت و خدمات پس از فروش، با رقبایی که روز به روز در حال افزایش هستند، رقابت نمایند. برای موفقیت در بازار آنها نه تنها باید قیمت ها را پایین آورد بلکه باید تغییرات عمدۀ بیشتری را در روش های تولید، روابط تجاری و حتی فرهنگ سازمانی خود به عمل آورند. صنعت ريخته گري نظير ديگر فرايندهاي توليد در طي ساليان گذشته با تحولات بسياري همراه بوده است. توسعه دانش و پيشرفت هاي مهندسي و فناوري در اين فرايند كهن سبب توليد قطعات صنعتي بيش از ديگر روش هاي ساخت قطعات شده است.

 

اين تحولات در بخش هاي مختلف صنعت ريخته گري به وقوع پيوسته كه مهمترين آنها، پيدايش مواد نو و پيشرفت ها در زمينه روش هاي ذوب، تكنيك هاي قالب گيري، تجهيزات تميز كاري قطعات ريختگي و عمليات حرارتي بوده است. يكي از مهـم ترين زمينه هاي توسعه علم و فناوري در ريخته گري، كاربرد كامپيوتر و روش هاي عددي براي حل مسايل مكانيك سيالات و ترموديناميك در جريان حركت مذاب در راهگاه ها و قالب و انجماد مذاب در قطعه است. اين توسعه به ويژه موجب گرديده تا طراحان بتوانند از طريق طراحي روش هاي توليد به وسيله كامپيوتر قبل از اقدام به ساخت مدل و ريختن فلز مذاب در قالب، به مشخصات ساخت و توليد قطعه دست يافته و از قابل توليد بودن قطعه اطمينان حاصل نمايند.

 

 

 

 

 

اين پيشرفت باعث شده تا طراحان بتوانند قبل از صرف وقت و هزينه هاي زايد نسبت به اصلاح طرح هاي خود اقدام نموده و روش هاي بهينه توليد قطعه ريختگي مورد نظر خود را به دست آورند. نتيجه عملي استفاده از نرم افزارهاي كامپيوتري در طراحي فرايندهاي توليد، دستيابي سريع به قطعه اي ارزان تر است. امروزه طول زمان ساخت يك محصول از ماه ها و سال ها به روزها و هفته ها كاهش يافته است. اين تحول از طريق توسعه فناوري كامپيوتري و پيشرفت در روش هاي شبيه سازي عددي تحقق يافته است. نوآوري هاي بسيار در اين حوزه موجب گرديده تا مهندسان و طراحان بتوانند محصولاتي را توليد كنند كه داراي پيچيدگي هاي بالاتر و زمينه هاي كاربردي بيشتر مي باشند. توليد محصول با سرعت بالاتر با صرف هزينه هاي كمتر، تنها با سرمايه گذاري در خريد كامپيوتر و نرم افزار بوده است. در رابطه با كاربرد كامپيوتر در ساخت محصول مزاياي زير را مي توان مورد تاكيد قرار داد:

 

بهينه سازي طرح و وزن قطعات، بهبود در كارايي و كيفيت محصول، كاهش زمان ساخت و پذيرش محصول و كاهش هزينه هاي توليد قطعه. حقيقت آن است كه در جهان معاصر قدرت كامپيوترها به تدريج افزايش يافته و در مقابل قيمت آنها كاهش مي يابد و از طرف ديگر استفاده از آن براي كاربران آسان تر مي شود. از اين جهت كاربرد اين ابزار در بسياري از فناوري هاي ساخت و توليد با جاذبه هاي بسياري همراه گشتــه است. بعلاوه نرم افزارها داراي انتخاب هاي بسيار به همراه بانك هاي اطلاعاتي قـوي تر شده اند، به گونه اي كه محاسبات بسيار پيچيده رياضي به همراه تحليل هاي سخت مهــــندسي را مي توان به سهولت و درحداقل زمان ممكن با كامپيوتر انجام داد.

 

 

 

 

 

امروزه كاربرد كامپيوتـــر در شبيه سازي بسيار گسترده شده به گونه اي كه حتي كارگاه هاي كوچك در آينده نه چندان دور از اين تكنولوژي استفاده خواهند كرد. واقعه اي كه حتي آنان در روياهاي خود نيز تحقق آن را باور نمي كردند. يكي از پيچيده ترين صنايع و فرايندهاي توليد كه دانش بسياري را در خود جاي داده است، ريخته گري است. موضوعات حوزه هاي دانش و فنــاوري در اين صنعت بســـــــــيار متنـــوع است: راهگاه گذاري، تغذيه گذاري، انجماد مذاب در قالب، حركت فرايندهاي توليد به كمك كامپيوتر و ساخت ابزارهاي مورد نياز توليد. به دليل وجود چنين فرايندهاي پيچيده اي در ريخته گري اين صنعت در گذشته بيش از آنچه كه به حوزه هاي دانش بشري مرتبط باشد در زمره هنرهاي استادكاران و مهندسان قرار داشت. اما امروزه با توسعه كامپيوترهاي با حافظه بالا، قوي و سريع به همراه توسعه كدهاي بهينه كامپيوتري در حوزه مدلسازي و شبيه سازي فرايندهاي توليد، اين صنعت در گروه فرايندهاي مدرن علوم و فناوري قرار گرفته كه ديگر برخلاف گذشته حدس و گمان جاي خود را به اطلاعات علمي داده است. مهندسان و تكنولوژيست هاي عصر ريخته گري مدرن، روزانه موفق به حل بسياري از مسايل پيچيده مهندسي مي گردند، نظير: بهينه سازي سيستم هاي راهــــــگاهي و تغذيه گذاري، طراحي براي محصولاتي كه به سهولت قابل توليد يا مونــــــتاژ باشند، شبيه سازي فرايندهاي توليد بر اساس تغییرات آماری ، آناليز پارامتريك توليد، آناليز عمر خستگي قطعه و .... اگرچه در حال حاضر براي دستيابي به نرم افزارهايي كه بتوانند داراي حداكثر توانمندي و كارايي بوده و همه نيازهاي طراحان، مهندسان و تكنولوژيست هاي ريخته گري را برآورده سازند كارهاي تحقيقاتي ديگري مورد نياز است، اما امروزه استفاده از كامپيوتر و نرم افزارهاي شبيه سازي بهبودهاي اساسي در صنعت ريخته گري به وجود آورده است. لذا آشنايي ريخته گران و دانشجويان جوان با اين فناوري پيشرفته از اهميت زيادي برخوردار بوده و بدون ترديد همگي آنان دير يا زود ناگزير به استفاده از اين ابزار پيشرفته خواهند بود.

 

 

 

 

 

رئوس مطالبی که در ادامه به آنها پرداخته می شود در زیر فهرست شده است:

 

- طراحي به كمك كامپيوتر

- ساخت به كمك كامپيوتر

- معرفی نرم افزار Pro/Casting و Pro/Moldesign در طراحی قالب و مدل

- طراحي مدلهاي ريخته گري در ماسه

- طراحي قالبهاي فلزي ريخته گري

- روباتيك

- آناليز مهندسي به كمك كامپيوتر (CAE)

- شبيه سازي

- تشريح فرايند شبيه سازي

- مدلسازي نحوه حركت سيال و انجماد

- كاربرد فرايند شبيه سازي ريخته گري در صنعت

- معرفي نرم افزارهاي شبيه سازي

- بسته نرم افزاري SUTCAST

- تاريخچه

- قابليت هاي نرم افزار SUTCAST

- مثالهايي از كاربرد شبيه سازي در افزايش بهره وري

- مثال اول: توليد رينگ اتومبيل

- مثال دوم: توليد توپي چرخ اتومبيل از جنس چدن

- مثال سوم: طراحي مبرد براي قطعات چدن تبريدي

- مثال چهارم: طراحي يك ميل لنگ سنگين

- مثال پنجم: ريخته گري غلتك هاي تبريدي

- بسته نرم افزاري انجمن ريخته گري آمريكا (AFS)

- بسته نرم افزاري CASTCAE

- بسته نرم افزاري CAPCAST

- بسته نرم افزاري FLOW 3D

- بسته نرم افزاري MAGMASOFT

- بسته نرم افزاري NOVAFLOW & Solid

- بسته نرم افزاري PROCAST

- بسته نرم افزاري ADSTEFAN

- بسته نرم افزاري AnyCasting

- مهندسي متد

- کنترل فرايند

- اندازه گيري ابعادي

- تكنولوژي اطلاعات

- مدلسازي سريع

 

[Peyman 16150]

طراحی به کمک کامپیوتر (CAD)

 

 

امروزه، طراحی و ساخت به کمک کامپیوتر، از عناصر مهـــــم سیستم هایی هستند که مسئولیت ساخت و تولید را به عهده دارند؛ CAD در واقع استفاده از سخت افزار و نرم افزار کامپیوتری، به منظور یاری رساندن به طراح، در ذخیره سازی، دستکاری، تحلیل و شکل دهی مجدد ایده های طراحی می باشد. سیستم های مدرن مهندسی CAD، زمینه ایجاد مدل های هندسی سه بعدی یا به اصطلاح 3D را برای طراح فراهم می کنند. با استفاده از مدل های سه بعدی طراح می تواند جرم طرح را محاسبه کند؛ حجم آن را تعیین کند؛ لقی ها و تلرانس ها را بررسی نماید؛ مرکز ثقل آن را تعیین کند؛ گشتاور قطعه را محاسبه کند؛ مقطع مشترک طرح و سایر اجزء را نشان دهد و ... .

 

طراحان و مهندسان تولید که با سیستم CAD کار می کنند، با استفاده از کامپیوترهای گرافیکی قدرتمند، روی صفحۀ مانیتور طرح را مشاهده می کنند و توسط قلم نوری، اسکنر و یا موس ابعاد طرح، خطوط، انحنا، فرورفتگی و دیگر مشخصات آن را با دقت معــــین می نمایند. هر قسمتی از طرح، روی صفحۀ مانیتور، همان طور که ما معین کرده ایم ظاهر می شود. تغییرات، می توانند به سرعت، با اضافه نمودن، کم کردن و یا تغییر جزئیات روی نقشه انجام گیرند. چون ابزارهای CAD، در سه بعد کار می کنند، طراح می تواند ارتفاع، عرض و عمق محصول را روی صفحه، تعیین و مشاهده نماید. جهت بازرسی و کنترل، طرح را می توان روی صفحه چرخاند، کج کرد و آن را به طرف پایین و بالا آورد، بطوریکه هر زاویه از طرح، قابل مشاهده و بررسی باشد. وقتی یک طرح کامل شد، روی یک دیسک ذخیره و آماده بازنگری، اصلاح و یا چاپ در هر زمانی می شود.

 

به دلیل توسعه این نرم افزارها، می توان مدل های سه بعدی سیمی ، سطحی و توپر را ایجاد نمود. همچنین برخی از این نرم افزارها، که دارای قابلیت "طراحی پارامتریک" هستند، لذا به سهولت می توان مدل طراحی شده را بازنگری و تغییرات مجدد را ایجاد نمود. با استفاده از این نرم افزارها، می توان سیستم راهگاهی و تغذیه گذاریِ مدل ها، قالـب ها و قالب ماهیچـه را طراحی نموده و در صورت نیاز به پردازش های بعدی در برنامه های شبیه سازی یا برنامه های محاسباتی از آنها استفاده نمود.

 

از نرم افزارهای تجاری موجود می توان از PRO/Engineer ، Auto CAD، Mechanical Desktop ، I-DEAS ، CATIA نام برد.

 

 

 

 

نمایی از اینترفیس نرم افزار کتیا

 

 

 

[Peyman 16150]

ساخت به کمک کامپیوتر (CAM)

 

ساخت و تولید به کمک کامپیوتر با پایه گذاری تکنولوژی عددی یا NC شروع شد. آغاز این کار به اواخر سال 1940 برمی گردد، یعنی زمانی که پارسون (John.T.Parson) روش جدیدی را برای کنترل ماشین های ابزار ارائه کرد. بعداً نیروی هوایی آمریکا به این ایده علاقمند شد و کارهای تحقیقاتی بعد را در انیستیتوی تکنولوژی ماساچوست مورد حمایت قرار داد، و بالاخره در سال 1952 اولین نمونه ماشین ابزار NC به منظور ارائه مزایای این تکنولوژی به نمایش گذاشته شد. از این تحقیقات تا طراحی یک زبان برنامه نویسی که بتواند حرکت هندسی ابزار براده برداری را بیان نماید حمایت بسیار جــدی به عمل آمد. بدین ترتیب قدم های اولیه در زمینه CAM برداشته شد. با گسترش معقول تکنولوژی گرافیک کامپیوتر، سخت افزارهای بهتر، حافظه بیشتر، اندازه فیزیکی کوچکتر و از همه مهمتر قیمت کمتر، این روش تولید عمومیت یافت تا جایی که شرکت های کوچک نیز می توانند از این شیوه بهره های فراوانی ببرند. ساخت و تولید با استفاده از شیوه های CAM روشی کاملاً ساده و پذیرفته شده در صنعت امروز می باشد که در آن انتخاب و بهینه کردن مسیر ابــــزار براده برداری با استفاده از کامپیوتر نه تنها مهارت و تخصص قالبساز را تحت الشعاع قرار نمی دهد بلکه در واقع قابلیت تکرار، اعتماد و سرعت حاصل از بکارگیری سیستم های CAM ، راندمان و بهره وری را برای دارندگان بالاترین تخصص های قالب سازی به طور فاحش افزایش می دهد.

 

عموماً، طــرح های تهیه شده به وسیله CAD، به سیستم های CAM منتقل می شوند. با استفاده از اطلاعات اولیه CAD، نرم افزارهای CAM، ماشین ها و ابزارها را در کارخانه ها کنترل می نمایند، تا محصول همان طور که توســـط CAD طراحی شده تولید شود. سیستم های CAD/CAM نیاز دارند که به بسیاری از برنامه های کامپیوتری و ارتباطی دسترسی داشته باشند. سیستم های CAM، توسط شبکه های ارتباطی و باسرعت زیاد، با ماشین ها و ابزارها، جهت به کارگیری آنها ارتباط برقرار می کنند.

 

برای تعیین اینکه آیا طرح، بخوبی تحت فشارهای ناشی از کاربرد روزانه کار می کند، مهندسین، معمولاً قطعات را توسط کامپیوتر، شبیه سازی می کنند و آن را بکار می برند (تست نمونه ای). این کاربرد، نقاط ضعف قطعات را قبل از اینکه این قطعات در تولید این شرکت بکار برده شوند مشخص می نماید. نمایش مدل های سه بعدی، به شکل کامل و بدون ابهام بوده، و امــــکان تجزیه و تحلیل لازم را فراهم می آورد. بدین گونه که حتی می توان محل برخورد یا فصل مشترک قطعات مونتـــــــــاژی را بررسی کرد. با کمک نرم افزارهای CAD، مهندسین می توانند فاکتور هایی مانند فشار، اینرسی و وزن را تجزیه و تحلیل نمایند و قادرند در هنگام طراحی، آن را به صورت سه بعدی، همراه با رنگ و سایه، روی صفحه ی مانیتور نمایش دهند.

 

 

 

 

نمایی از محیط کار نرم افزار MasterCAM

 

همان طور که اشاره شد، ساخت به کمک کامپیوتر، اساساً با ظهور ماشین های کنترل عددی مطرح شدند. با استفاده از سیستم های CAM می توان برنامه های کنترل ماشین کاری را با دقت ایجاد نمود و مسیر ابزار بهینه را برای مشخص شدن مراحل ساخت روی صفحه تصویر نشان داد. همچنین با توسعه تکنولوژی روباتیک، نــرم افزارهای CAM نیز می توانند از روباتها در مراحل ساخت قطعات یا ابزارها استفاده نمود. به طور کلی برای ساخت یک محصول با استفاده از تکنولوژی ساخت به کمک کامپیوتر دو راه وجود دارد:

- طراحی اولیه (Original Design)

- مهندسی معکوس (Reverse Engineering)

 

در روش اول مهندس طراح با استفاده از نرم افزار CAD مدل سه بعدی محصول را ایجاد کرده و در نرم افزارهای CAM کدهای CNC آن را به وجود می آورد. در روش دوم مختصات هندسی محصول مورد نظر با استفاده از CMM از روی مدل واقعی تهیه شده و سپس در نرم افزارهای CAD تغییرات لازم ایجاد شده و برای ساخت به ماشین CNC ارسال می شود.

 

از نرم افزارهای تجاری موجود می توان از Pro/Engineer ، CATIA ، Power Mill، DelCAM ، Unigraphics ، MasterCAM ، Solid works نام برد.

 

 

 

 

 

 

 

[Peyman 16150]

معرفی نرم افزار Pro/Casting و Pro/Moldesign در طراحی قالب و مدل

 

این دو نرم افزار بخش یا ماژولی از مجموعه نرم افزارهای Pro/Engineer می باشند، که به منظور اتوماسیون فعالیت های طراحی و مهندسی به کار می روند. این مجموعه طیف وسیعی از زمینه های متنوع در طراحی و محاسبات را در بر می گیرد؛ به طوری که ابزار کارا و قدرتمندی در طراحی قالب های فلزی و مدل های ریخته گری به شمار می رود. مستنداتی که در آخرین مرحله طراحی قالب ارایه می کند مستقیماً در مراحل ساخت قابل استفاده بوده و نیاز به تحلیل های میانی را بر طرف می نماید. همچنین این نرم افزار با استفاده از مفاهیم مهندسی همزمان قادر است با تغییر داده های ورودی که از بخش طراحی محصول می رسد، طرح قالب را به طور متناسب تغییر دهد. این خاصیت به دلیل ساختار صد در صد پارامتریک این نرم افزار می باشد و مهمترین مزیت آن این است که دو بخش طراحی محصول و طراحی قالب را به یکدیگر نزدیک نموده و به کیفیت مطلوبتری در طراحی و ساخت منجر خواهد شد.

 

 

 

 

نرم افزار Pro/Casting و Pro/Moldesign کلیه مراحل طراحی قالب از طراحی قطعات تا مونتاژ و از محاسبه تا مستند سازی را انجام می دهد، به طوری که مشخصات قالب به طور اتوماتیک از مدل استخراج شده و طراح را قادر می سازد تا به سرعت بین طراحی قطعات و مونتاژ آنها مانور کند. ویژگی های بارز این نرم افزار به قرار زیر است:

 

- استخراج طرح قالب با استفاده از تعاریف و نقشه های مهندسی: روابط پارامتریک بین محصول و قالب، باعث می شود تا تغییرات آن همزمان بر روی طرح قالب اثر کند و شاخص های اصلی مدل شامل شیب ها، تکیه گاهها، سیستم های راهگاهی، هواکش و سیستم خنک کننده و سطوح جدایش مورد تجدید قرار گیرد.

 

- طراحی قالبهای تک حفره ای و چند حفره ای: با استفاده از این نرم افزار می توان قالب های پیچیده که دارای حفره های متعدد با اشکال مختلف باشند را طراحی نمود.

 

- ارائه و تهیه نقشه های دوبعدی لازم برای ساخت قالب: این نرم افزار قادر به تهیه هرگونه نقشه از نماها و جهات دید مختلف با استفاده از اطلاعات مدل سه بعدی قطعه می باشد.

 

- تاثیر دادن ضریب انقباض: طرح با استفاده از ضریب مواد و اعمال آنها روی مدل سه بعدی قطعه می تواند تاثیر آن را روی طرح به راحتی مشاهده نماید. همچنین فاکتورهای انقباض برای هر بعد خاص به طور جداگانه قابل تعریف می باشد.

 

- تجزیه و تحلیل ضخامت های قطعه و امکان سنجی قالبگیری: ابزار کنترل ضخامت در این نرم افزار طراح را قادر می سازد تا از صحت اندازه دیواره ها اطمینان حاصل کند. روش کار از این قرار است که نرم افزار برش هایی از محفظه که دارای کمترین ضخامت هستند تعیین کرده و به کاربر نمایش می دهد.

 

- تشخیص سطوح جدایش: سطوح جدایش پیچیده و مسطح با استفاده از تکنیک های مختلفی شامل انتقال سطوح، بررسی نحوه اتصال و فصل مشترک سطوح قالب قابل شناسایی است.

 

- شبیه سازی باز شدن قالب: این نرم افزار کنترل نحوه باز شدن قالب و توالی عملیات آن را در اختیار کاربـــر قرار می دهد. در هر گام حرکت اجزا و قطعات قالب قابل مشاهده بوده و مکانیزم پران محصول به طور کامل ملاحظه می گردد.

 

- ایجاد مستندات جامع طراحی قالب: کلیه جزئیات طرح شامل اطلاعات مربوط به سطوح و احجام به طور خودکـــار ایجاد می گردد. در مرحله آخر لیست قطعات (BOM) و نقشه های صفحات قالب و Insert و سایر اجزا مجموعه ها تهیه شده و به کاربر ارائه می گردند.

 

 

 

[Peyman 16150]

طراحی مدلهای ریخته گری در ماسه به کمک Pro/Cast

 

فرایند طراحی قالب و مدل برای ریخته گری در ماسه به وسیله ماژول Pro/Casting به صورت کلی به شکل زیر می باشد. لازم به ذکر است که نرم افزار برای اجرای تمامی این مراحل ابزار و فرامین خاصی در اختیار کاربر قرار می دهد، که مطابق نمـودار شماره زیر می باشد:

- ایجاد یا فراخوانی مدل سه بعدی کامپیوتری (3D Model) از قطعه مورد نیاز که قالب یا ابزار برای آن قطعه ساخته خواهد شد. از این پس این مدل به عنوان مرجع اصلی در تمام مراحل فرآیند طراحی در نظر گرفته خواهد شد.

- تعیین بهترین جهت برای باز شدن قالب که در آن جهت به کمترین مقدار شیب خروج نیاز خواهیم داشت.

- مشخص نمودن مناطقی که نیاز به شیب خروج از قالب یا شیب اضافه دارند.

- تعیین منحنی خط جدایش

- ایجاد سطح یا سطوح جدایش روی مدل مرجع

- ایجاد شیبها، Round ها و پخهای مورد نیاز در سطوح جدایش

- اعمال انقباض در سه جهت مختصاتی به صورت دلخواه

- پر کردن سوراخها و مناطق ماشینکاری و همچنین افزودن مقادیر اضافه تراش

- طراحی و ایجاد مدل ماهیچه، تکیه گاه و سر ماهیچه و همچنین اعمال لقی های مورد نیاز

- اضافه نمودن سیستم راهگاهی، تغذیه و دیگر اجزای متالورژیکی مورد نیـــــاز در ریخته گری

- استخراج صفحات مدل از مجموعه طراحی شده

- بازبینی های نهایی روی شیب و ضخامت دیواره ها و اجزای دیگر قالب

- ارسال مدل و مجموعه های آماده شده به ماژول CAM جهت ماشینکاری و ایجاد فایلهای حاوی مسیر حرکت ابزار برای ماشینهای CNC

 

مراحل مختلف فرایند طراحی مدل های ریخته گری در ماسه به کمک ماژول Pro/Casting

[Peyman 16150]

تصاویر زیر چند نمونه مدل ساخته شده به کمک ماژول Pro/Cast طی فرایند ذکر شده در پست قبل را نشان می دهد.

 

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

• ورود
• یا
• ثبت نام

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

• ورود
• یا
• ثبت نام

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

• ورود
• یا
• ثبت نام

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

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

[Peyman 16150]

طراحی قالب های فلزی ریخته گری

 

در مورد طراحی و ساخت قالب های مورد نیاز در فرایندهای ریخته گری در قالب های فلزی نیز تمامی مراحل ذکر شده برای طراحی مدل در قالب ماسه ای طی می شود، با این تفاوت که چند مرحله بیشتر مانند تعیین پین های بیرون انداز، مکانیزم قالب و پشت بندها نیز باید طی شود. شماتیک کلی طراحی قالبهای فلزی در نمودار زیر به اختصار آمده است. تصاویر زیر یک قطعه و قالب مربوط به آن که توسط این فرایند طراحی شده را نمایش می دهد.

 

 

 

 

 

رینگ چرخ سواری از جنس آلومینیوم

 

 

 

مجموعه قالب فلزی مربوط به رینگ چرخ آلومینیومی برای نصب بر روی ماشین دایکاست

 

 

 

[Peyman 16150]

روباتیک

 

روبات، یک عامل مکانیکی چند منظوره و قابل برنامه ریزی است، که برای جابجایی مواد، قطعات، ابزارآلات، ادوات و تجهیزات مشخص استفاده می شود. این عامل، در چارچوب حرکت های برنامه ریزی شده و قابل تغییر، برای عمل در محدوده ای از فعالیت ها طراحی می شود. توسعه زبان های برنامه نویسی روبات ها، موجب شده که روبات، قادر به انجام دامنۀ وسیعی از وظایف باشد. برنامه روبات می تواند به طور جداگانه به وسیله کامپیوتر آماده شده و سپس به کنترل کنندۀ روبات منتقل گردد. علاوه بر آن نوعی سیستم های بدون ارتباط مستقیم نیز طراحی شده اند که می توانند با سیستم های CAD/CAM ادغام شوند. نرم افزار این سیستم ها، قابلیت مشابه نمایی داشته و به برنامه نویس روبات اجازه می دهد که پیش از نصب برنامه بر روی کنترل کننده، آن را آزمایش و مشکلات احتمالی را بررسی نماید. کاربرد های علمی و واقعی روبات را می توان در تمامی شاخه های صنعت، به ویژه در بخش های خودرو سازی، مهندسی برق، الکترونیک، مکانیک و مواد مشاهده کرد. مهمترین زمینه های کاربرد روبات در این صنایع عبارت است از : جوش کاری نقـــطه ای، جوش کاری برقی، لعاب کاری، پوشش دهی سطوح مدل های ریخته گری دقیق و اسپری رنگ.

 

 

 

علل نصب روبات ها در صنعت عبارتند از : کاهش هزینه نیروی کار؛ حذف کار نیروی انسانی در قسمت های خطرناک و پرمخاطره؛ ایجاد یک سیستم تولیدی با قابلیت انعطاف بیشتر؛ دستیابی به یک سیستم کنترل کیفیت پایدار؛ افزایش خروجی؛ جبران کمبود نیروی کار. امروزه نسل جدیدی از روبات ها، با حس گرهای پیشرفته، به بازار آمده اند. این روبات ها، هوشمند بوده و توانایی شناخت تغییرات محیط کار و انجام واکنش مناسب را دارند. حس گرهای بصری و لامسه ای، این امکان را ایجاد می کنند که روبات های محدود به عملیات منظم و تکراری، بتوانند در مقابل تغییرات محیط واکنش دهند.

 

به نظر می رسد که تلاش های تحقیقاتی در حوزۀ روباتیک، در دو جهت در حال حرکت هستند. از یک سو پژوهشگران با توسعه روبات ها به دنبال نمونه ای هستند که بتوانند با استفاده از حس گرهای هوشمند، قابلیت سریع را در محیط کار داشته باشد. از سوی دیگر، تحقیقات به منظور ادغام روبات ها در سیستم های تولیدی انجام می شود. با وجود پیشرفت قابل توجه فناوری روبات در طی ده سال گذشته، روبات ها کم و بیش محدود به کار در محیط های کاملاً ساختاریافته می باشند. نسل فعلی روبات ها، از وســایل قابل برنامه ریزی با امکان حس کنندگی محدود تشکیل شده است. به همین دلیل، آن ها در پاسخگویی به وقایع غیرمترقبه بسیار ناتوان هستند، در واقع ناتوانی روبات ها در برخورد هوشمندانه با محیط، موجب شده است که اغلب آنها، به جز روبات های بسیار پیشرفته، از انعطاف پذیری نسبتاً محدودی برخوردار باشند. به این علت است که روبات ها غالباً در فعالیت های تولیدی ابتدایی، ساده و تکراری به کار برده می شوند. همچنین با وجود اینکه تعدادی از این ماشین های قابل برنامه ریزی، دارای بازوها و انگشــــتان متحرک و سیستم های کامپیوتری بینایی هستند، اما همه آن ها ماشین می باشند؛ بدون هویت و شخصیت.

 

 

 

 

 

[Peyman 16150]

آنالیز مهندسی به کمک کامپیوتر (CAE)

 

ایده CAE در سال 1980 توسط دکتر لمون از توسعه دهندگان نرم افزار I-DEAS مطرح شد. با توجه به پیشرفت های اخیر، CAE مفهومی فراتر از آنالیز مهندسی به کمک کامپیوتر یافته و شامل آنالیز طراحی (Design Analysis) و ارزیابی آن با روش FEA (Finite Element Analysis)، طراحی مجدد و بهینه کردن طراحی اولیه و شبیه سازی فرآیند شده است. در واقع این برنامــــه ها، رابط بین نرم افزارهای CAD و CAM محسوب می شوند. نرم افزارهای CAE ابزار قدرتمندی برای طراحی قطعه، طراحی قالب و حتی زمان بهینه سیکل تولید در قالب های جدید هستند. برای مثال در مورد طراحی قالب های دایکاست، می تواند پارامترهای ذیل را در اختیار طراح قرار دهد:

 

- ابعاد بهینه شده راهگاه های اصلی و فرعی و همچنین محل آنها

- ابعاد و محل مسیرهای خنک کننده قالب و دبی مایع خنک کننده

- ابعاد ماهیچه ها و کشویی ها بر اساس انقباض آلیاژ

- پروفیل سرعت

- حداقل و حداکثر نیروی نگدارنده قالب در حین پرشدن

- تنشهای برشی

 

در حال حاضر برخی از بسته های نرم افزاری CAE به صورت یکپارچه با نرم افزارهای CAD/CAM ، ارائه می گردند. از نرم افزارهای تجاری موجود می توان از Pro Mechanical ، ANSYS ، MSC Nastran ، NISA ، CATIA نام برد.

 

 

[Peyman 16150]

شبیه سازی

 

رابرت شانون در كتاب خود (علم و هنر شبيه سازي سيستم ها) شبيه سازي را چنين تعريف مي كند: "شبيه سازي طراحي مدلي از سيستم واقعي است، كه با هدف پي بردن به رفتار سيستم، و به منظور انجام آزمايش هايي با اين مدل و يا ارزيابي استراتژي هاي عملياتي سيستم (كه به وسيله مجموعه اي از معيارها محدود شده است) صورت مي گيرد"

 

 

 

 

شبيه سازي، تكنيكي كمي است كه براي مطالعه و ارزيابي گزينه هاي گوناگون از آن استفاده مي شود. اين كار، از طريق مدل سازي سيستم واقعي و اجراي آزمايش ها بر روي مدل، و به منظور پيش بيني رفتار آينده سيستم انجام مي پذيرد. اصولاً مدلي كـــارا و ايده آل است كه ضمن توجه به جزئيات، از بررسي بخش هاي غير ضروري اجتناب ورزد، زيرا تفصيل بيش از حد مدل، زمان مدل سازي و مدت زمان لازم براي هر بار اجراي مدل و در نهايت هزينه اجراي آن را افزايش خواهد داد. شبيه سازي يكي از پرقــدرت ترين و مفيد ترين ابزارهاي تحليل عملكرد فرايندها و سيستم هاي پيچيده است. مدل، تركيب مناسبي از خصوصيات يك سيستم و اطلاعات مربوط به آن است كه به منظور بررسي سيستم مورد استفاده قرار مي گيرد. مسلماً هرچه جزئيات بيشتري در مدل گنجانده شود، شباهت زيادتري به سيستم واقعي پيدا نموده و رفتار آن را بهتر نمايش مي دهد. وجود جزئيات سبب مشكل تر نمودن مطالعه و رسيدن به نتيجه مي گردد . اغلب افـزودن جزئيات بيش از حد به يك مدل باعث كندي روش بررسي شده و كليات بحث را مخدوش مي كند.

 

بالعكس از قلم انداختن بعضي جزئيات، تجزيه و تحليل مدل را ساده تر و راه رسيدن به نتيجه را آسان تر و كوتاه تر مي نمايد، با وجود آنكه نتايج حاصل را از واقعيت ها دورتر و بكارگيري آنها را در سيستم واقعي، كم اثر خواهد ساخت. در مدل سازي معياري براي قابل قبول بودن شمول جزئيات يك مدل قبل از بكارگيري نتايج وجود ندارد. از مسئوليت هاي تحليل گر است كه در ساخت مدل و گنجاندن جزئيات سيستم، با توجه به دقت مورد نياز در نتايج و هزينه هاي تحليل مدل، جانب تعادل و اعتبار را رعايت كند. شايد تصور شود كه انجام شبيه سازي تنها شامل شناخت سيستم و ساختن مدل كامپيوتري آن مي باشد، در صورتي كه ساختن مدل بوسيله يك زبان كامپيوتـــري تنها يكي از قدم هاي لازم در شبيه سازي است. حساسيت شبيه سازي يك سيستم و فرآيند واقعي در آنجاست كه بايد تا حد ممكن مطمئن بود كه مدل معتبر بوده و رفتار سيستم را به خوبي شبيه ســـازي مي نمايد.

 

 

 

[Peyman 16150]

تشریح فرآیند شبیه سازی

 

فرايند شبيه سازي را مي توان با مراحل و الگوريتم زير تشريح نمود:

 

1. تدوين مسئله: آلبرت انيشتين معتقد بود تدوين صحيح مسئله ، حتي از حل آن اساسي تر است و "مسئله را مي توان به عنوان حالتي از خواست برآورده نشده، تعريف كرد"

 

2. تعريف سيستم: شامل تعيين جزء سيستم، اشياء و عوامل داخلي و خارجي محيط سيستم و بالاخره پارامترها و متغيرهاي سيستم است و بعد از تعيين دقيق اطلاعات مذكور، مشخصاتي از متغيرهاي محيطي سيستم كه در ارتباط با اهداف مورد بررسي هستند، تعريف و روابط و قوانين حاكم بين آنها و بين متغيرهاي سيستم مشخص يا فرمـــــوله مي گردند. آنگاه چگونگي رفتار سيستم مورد بررسي قرار گرفته و جزئيات تغيير وضعيت ها و اثر پيش آمدها در سيستم معين مي گردند.

 

3. آيا مي توان از شبيه سازي استفاده كرد؟ با تجزيه و تحليل روش ها از ديدگاه هاي مختلف مانند هزينه، دقت و انطباق نتايج و همچنين امكانات در دسترس و ديگر عواملي كه براي كاربر مهم تلقي مي شود، بايد به انتخاب روش صحيح و منطقي براي بررسي سيستم پرداخت. هميشه در نظر داشته باشيد كه روش هاي تحليلي رياضي هرجا كه ممكن باشد، بهترین و دقيق ترين روش ها براي مطالعه سيستم ها و فرايندها مي باشند.

 

4. تدوين مدل: در تدوين مدل رهنمودهاي زير پيشنهاد گرديده است:

1. سيستم مورد سؤال را به مسائل ساده تر تقسيم كنيد.

2. بيان روشني از اهدا ف ارايه دهيد.

3. شباهت ها را جستجو كنيد.

4. يك مثال عددي مشخص از مسئله را در نظر بگيريد.

5. چند نماد از متغيرها فراهم كنيد.

6. بديهيات را مشخص كنيد.

7. اگر مدل قابل كنترل و همگرا بود آن را توسعه دهيد، در غير اين صورت آن را ساده كنيد. ساده سازي را مي توان با روش هاي زير انجام داد، در حالي كه درست عكس موارد زير براي غني سازي مدل صورت مي پذيرد:

• تبديل متغيرها به مقاديري ثابت

• حذف يا تركيب متغيرها

• خطي فرض كردن روابط

• افزودن فرضها و محدوديت هاي مؤثرتر

• محدود كردن سيستم

 

يكي از عواملي كه سرعت و جهت تكاملي مدلسازي به آن بستگي دارد، رابطة بين سازندة مدل و استفاده كنندة آن است. با همكاري نزديك در فرايند تكاملي، سازنده مدل و

استفاده كننده آن مي توانند محيطي از اعتماد و تفاهم متقابل به وجود آورند كه به كمك آن، متناسب بودن نتيجة نهايي با اهداف ، مقاصد ومعيارهاي مورد نظر تأمين شود.

 

معيارهايي كه هر مدل خوب شبيه سازي بايد به آنها نزديك گردد عبارت است از:

• تامين كامل اهداف و مقاصد استفاده كننده مدل.

• جامعيت مدل و در مورد موضوعات مهم، كامل بودن مدل.

• مانع بودن مدل و اينكه هرگز مدل جواب هاي بي معني ندهد.

• راحتي كنترل و كاركرد مدل و ارتباط آسان با مدل.

• آساني اصلاح يا به هنگام كردن مدل.

• تكاملي بودن مدل به طوري كه از ساده شروع و سپس پيچيده گردد.

 

5. تدارك داده ها: هر مطالعه اي مستلزم جمع آوري داده هاست و جمع آوري داده ها را نبايد تنها به مفهوم جمع آوري اعداد تعبير كرد تحليل گر سيستم بايد داده هاي مربوط به ورودي ها و خروجي هاي سيستم و نيز اطلاعات مربوط به اجزاء مختلف سيستم را كاملاً در اختيار داشته باشد.

 

6. برگردان مدل: مدل هاي شبيه سازي از لحاظ منطقي معمولاً بسيار پيچيده بوده، داراي فعل و انفعالات متقابل بسياري در بين عناصر سيستم اند، كه اكثر اين فعل و انفعالات در حين برنامه به طور پويا ( ديناميك ) تغيير مي كنند. در اين مرحله مدلي كه بدين طريق از سيستم تهيه شده، بايد براي كامپيوتر توصيف شود.

 

7. تعيين اعتبار: اين مرحله از مهم ترين و معمولاً مشكل ترين مراحل شبيه سازي است. تعيين اعتبار فرآيند، اطمينان دادن به استفاده كنندة مدل، تا آن سطح است كه بپذيرد هرگونه استنباط حاصل از شبيه سازي دربارة سيستم، صحيح است و پاسخ دادن به سؤالِ "آيا مدل ساخته شده رفتار سيستم واقعي را به درستي شبيه سازي مي كند یا خیر؟"

 

8. برنامه ريزي استراتژيك و تاكتيكي: به طور كلي برنامه استراتژيك يعني طرح آزمايشي كه اطلاعات مطلوب از آن حاصل شود و برنامه ريزي تاكتيكي يعني تعيين هر يك از آزمون هاي مشخص شده درطرح آزمايش، به منظور دستيابي به نتايج آزمون.

 

9. آزمايش كردن و تفسير ( تحليل حساسيت) : تعيين حساسيت جواب هاي نهايي نسبت به مقادير پارامترهاي به كار رفته است.

 

10. پياده سازي و مستندسازي : پياده سازي و مستند سازي آخرين مرحله اي است كه بايد در هر پروژه شبيه سازي موجود باشد. نمي توان پروژه شبيه سازي را با موفقيت پايان يافته تلقي كرد، مگر آنكه پذيرفته شده، تفهــيم شود و مورد استفاده قرار بگيرد. در بررسي ها مشخص شده است كه به طور متوسط از كل زمان ايجاد و توسعه يك مدل، %25 براي تدوين مسئله، 25 % براي جمع آوري و تحليل داده هاي گذشته، 40 % براي ايجاد و توسعه يك مدل كامپيوتري و 10 % براي پياده سازي صرف شده است. « بنابراين تعجب آور نيست كه مستند سازي دقيق و كامل از چگونگي ايجاد و توسعه و نحوه عمل مدل مي تواند عمر مفيد و شانس پياده سازي موفق آن را، بسيار افزايش دهد.

 

هدف از شبیه سازی فرآیندهای صنعتی، مدلسازی بر اساس مفاهیم و قوانین فیزیکی بوده تا بتوان پارامترهای موثر بر آنها را شناسایی و کنترل نمود. در شبیه سازی با اعمال تغییرات مناسب بر روی این پارامترها می توان فرآیند را بهینه ساخت. در فرآینــــد ریخته گری چنانچه نحوه حرکت سیال در سیستم راهگاهی و قالب به همراه تغییرات انتقال حرارت و انجماد فلز به درستی و دقت مدلسازی گردد، می توان مشکلاتی که در طراحی یا فرآیند وجود دارد را پیش بینی نمود و با اعمال تغییرات مناسب در سیستم راهگاهی و تغذیه گذاری آن را اصلاح نمود. در صورت استفاده از نتایج شبیه سازی زمان مورد نیاز جهت تولید به حداقل رسیده و از صرف هزینه های بالا اجتناب خواهد شد.

 

به طور کلی روش های شبیه سازی کامپیوتری را می توان به سه دسته تقسیم کرد:

- برنامه های تجربی مبتنی بر نتایج حاصل از تجربه و تئوری های فیزیکی

- برنامه های مبتنی بر اصول فیزیکی که بر پایه روابط پیچیده ریاضی و خواص ترموفیزیکی بنا شده بود.

 

برنامه های تجربی و شبه تجربی جهت مدلسازی فرآیندهای فیزیکی، از نتایج تجربی بدست آمده و قوانین و روابط جبری ساده مبتنی بر آنها استفاده می کنند. در این روش فرآیند به اجزا ساده تر تقسیم شده و از حل این مسائل کوچکتر و جمع بندی آنها، مسئله اولیه حل می شود. در حالیکه در روش های مبتنی بر اصول فیزیکی، معادلات ریاضی پیچیده به همراه متغیرهای مربوط به خواص فیزیکی مواد، حاکم بر مسئله بوده و با حل معادلات فوق از طریق روش های حل عددی مانند روش اختلاف محدود و یا اجزا محدود به تحلیل فرآیند پرداخته می شود.

 

 

 

 

[Peyman 16150]

مدلسازی نحوه حرکت سیال و انجماد

 

از اهداف کلی مدلسازی نحوه انجماد و حرکت سیال در فرآیند ریخته گری می توان به طور خلاصه به موارد زیر اشاره کرد:

 

- پیش بینی نحوه تاثیر طراحی سیستم راهگاهی و تغذیه گذاری بر سلامت قطعه

- پیش بینی نحوه سرد شدن قطعه در حین پرشدن محفظه قالب و پس از آن، به منظور دستیابی به آنالیز دقیق تری از نحوه انجماد

- پیش بینی محل تشکیل ریزمکهای انقباضی و حفره های ماکروسکوپی

- پیش بینی عیوب ناشی از طراحی سیستم راهگاهی

- پیش بینی زمان انجماد

- پیش بینی خواص مکانیکی

- پیش بینی تنش های پسماند ناشی از سرد شدن در قالب

- پیش بینی ساختار میکروسکوپی

 

نحوه حرکت سیال با استفاده از الگوریتم های مبتنی بر اصول فیزیکی، مدلســـــازی می شود. با استفاده از حل توام معادلات پیوستگی، انرژی، بقاء مومنتوم و مدل های توربولانسی می توان نحوه حرکت سیال را با دقت بالا شبیه سازی کرد. این معادلات قادر به محاسبه کلیه مشخصه های مربوط به سیال مانند ویسکوزیته، عدد رینولدز، سطح آزاد و اصطکاک در کلیه امتدادها می باشند.

 

نحوه انجماد قطعه با استفاده از هر دو روش تجربی و مبتنی بر اصول فیزیکی قابل حل می باشد. اختلاف این دو روش و مزایا و معایب هر یک را می توان به شرح زیر بررسی کرد:

 

برنامه های تجربی تنها در مدلسازی فرآیندهای ساده و تکرار پذیر که در آنها پارامترها به آرامی تغییر می کنند، قابل استفاده هستند. در حالیکه در این روش فاصله مذاب رسانی (در مورد ریخته گری فولاد کم کربن در ماسه تر) با دقت بالا قابل محـــــاسبه است، پیش بینی عیوب معمولاً با خطا همراه می باشد. برنامه های شبه تجربی به طور موثر قادر به شبیه سازی فرآیندهای ریخته گری نسبتاً ساده می باشند. از شاخصه های چنین فرآیندهایی می توان به محدود بودن متغیرها، مشخص بودن محدوده های تغییر و ساده بودن فیزیک مسئله اشاره کرد. انجماد در قطعات ساده فولادی نموه ای از فرآیند فوق می باشد.

 

فرآیندهای پیچیده تر توسط معادلات مبتنی بر اصول فیزیکی قابل مدلسازی هستند. در چنین روشی فرآیند فیزیکی مدل شده می تواند کاملاً پیچیده بوده و متغیرهای وابسته به آن تغییرات عمده ای داشته باشند. فرآیندهای نوین با استفاده از روش فوق قابل مدلسازی خواهند بود. این روش جهت پیش بینی نحوه انجماد قطعات با هر نوع آلیاژی کاربرد دارد. در برنامه های مبتنی بر اصول فیزیکی انجماد معمولاً از معادلات انتقال حرارت فوریه که به صورت سه بعدی تعریف شده اند، استفاده می شود.

 

با در نظر گرفتن خواص ترموفیزیکی مواد، معادلات هدایت با شرایط مرزی مختلف نظیر جابجایی و تشعشع تعریف شده و حل می شوند. این معادلات در طول زمان به ازاء هر گام زمانی حل شده و نحوه توزیع حرارت در هر نقطه دلخواه و در هر زمان قابل دستیابی است. با تحلیل جواب های حاصل می توان زمان انجماد قطعه، عیوب انقباضی، چگونگی تاثیر تغذیه و توزیع تنش های پسماند حرارتی را پیش بینی نمود.

 

 

نمایی از یک نرم افزار شبیه سازی انجماد و نحوه پرشدن قالب یک قطعه ریختگی

 

 

 

[Peyman 16150]

کاربرد فرآیند شبیه سازی ریخته گری در صنعت

 

این گونه نرم افزارها قادرند فرآیندهای مختلف ریخته گری نظیر ریخته گری ثقلی در قالب های فلزی، ماسه ای، ریخته گری فشار پائین و یا دایکاست را شبیه ســـازی نمایند. این گونه برنامه ها معمولاً دارای دو قسمت اصلی محاسباتیِ "حرکت ســــــیال" و "انتقــــال حرارت" هستند. سایر برنامه ها به صورت زیر مجموعه های انتخابی نظیر ریخته گری در قالب های عمودی (دیزاماتیک)، دایکاست و یا توزیع تنش های پس ماند قابل افزودن به برنامه های اصلی هستند. مدلسازی ریز ساختار نیز از زیر مجموعه های جدیدی است که در برخی از بسته های نرم افزاری ارائه شده است.

 

در کشورهای پیشرفته استفاده روزانه از برنامه های شبیه سازی کامپیوتری در دستور کار هر کارخانه ریخته گری پیشرفته قرار دارد. مهندسین طراح به منظور بهینه سازی تولید ممکن است از تمامی روش های شبیه سازی در سطوح مختلف به صورت همزمان استفاده کنند. به طور مثال یک برنامه مبتنی بر تجربه جهت پیش بینی اولیه و سریع روش تولید، قابل استفاده است. برنامه های شبه تجربی در کنترل سریع و افزایش بازده تقریبی طرح اولیه موثر بوده و نهایتاً برنامه های مبتنی بر اصول فیزیکی جهت بررسی دقیق نحوه پرشدن و انجماد با استفاده از تولید اطلاعات دقیق و کامل مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین روش فوق جهت استفاده در تکنولوژی قطعات پیچیده و یا بررسی فرآیندهای جدید بسیار سودمند است. به طور کلی هدف از به کارگیری شبیه سازی کامپیوتری در تولید قطعات ریختگی، کاهش خطاهای تولید و ضایعات حاصل از آن است؛ علاوه بر آن افزایش راندمان تولید، تعیین بهینه محل و ابعاد تغذیه، طراحی صحیح سیستم راهگاهی و انتخاب خط جدایش مناسب از جمله نتایجی است که موجب کاهش محسوس هزینه های تولید خواهد شد.

 

از نرم افزارهای تجاری موجود می توان از PROCAST ، MAGMASOFT ، CASTCAE ، FLOW 3D ، PAM-CAST ، SUTCAST نام برد.

 

 

[Peyman 16150]

معرفی نرم افزارهای شبیه سازی

 

بسته نرم افزاری SUTCAST

 

تاریخچه

 

در سال 1358 طرحي جهت ايجاد يك مجموعه نرم افزاري تهيه شد كه بر اساس آن گروهي متشكل از جامعه ريخته گران ايران، وزارت صنايع، دانشگاهها و صنايع ريخته گران ايران در طراحي و توليد نرم افزار شبيه سازي ريخته گري همكاري مي نمودند. اين طرح بنا به دلايلي اجرا نگرديد تا اينكه در سال 1363 هسته اوليه ايجاد مجموعه نرم افزاري متشكل از دانشجويان مهندسي كامپيوتر، مكانيك و متالورژي در دانشگاه صنعتي شريف تشكيل شد. در آغاز، بخش آكادميك ِمطالعات در دانشگاه صنعتي شريف و بخش هاي توسعه اي و تجربه هاي صنعتي ( به همراه حمايتهاي مالي) توسط مركز پژوهش متالـــورژي رازي انجام مي شد. روند توسعه نرم افزار در سال هاي بعد به گونه اي تغيير يافت كه در كنار دانشجويان دانشكده هاي مهندسي دانشگاه هاي كشور، گروه بزرگ و پويايي در زمينه هاي رياضيات، مهندسي مكانيك، مهندسي متالورژي و مهندسي كامپيوتر در مركز پژوهش متالورژي رازي تشكيل گرديد و توسعه فعاليت هاي شبيه سازي شتاب زيادي يافت.

 

 

 

 

اين نكته كه در صورت داشتن الگوي انجماد قطعات، امكان پيش بيني عيوب قطعات ريختگي وجود دارد و نيز مي توان ارتباطي ميان سرعت انجماد، خواص و ساختار قطعات برقرار نمود، نقطه آغازين حركتي شد كه امروز پس از گذشت سي سال از طرح ایده، ساختاری منسجم و در قالب نرم افزار SUTCAST در سطح جهان عرضه می شود. اما نیروی محركه اين جنبش نرم افزاري، يك باور است : اينكه تفاوت توانمندي كشورهاي پيشرفته با ايران را نبايد در سخت افزار جستجو نمود، بلكه اين تجربيات آنها در فرآيندهاي طراحي و توليد است كه آنها را از ما متمايز مي سازد.

 

اولين كاربردهاي شبيه سازي در صنايع ريخته گري ايران از سال 1365 آغاز شد و در حال حاضر بسياري در دانشگاه هاي كشور، واحدهاي ريخته گري و صنايع خودروسازي از اين نرم افزار استفاده مي نمايند. در حال حاضر اين نرم افزار در برخي از واحـــدهاي ريخته گري در كشورهاي كانادا، چين، فيليپين، آفريقاي جنوبي و ... نيز مورد استفاده قرار مي گيرد. از آنجايي كه ايده توسعه نرم افزار و بخشي از فعاليت هاي آكادميك آن در دانشگاه صنعتي شريف شكل گرفت، نام نرم افزار SUTCAST نام کوتاه شده دانشگاه صنعتی شریف انتخاب گردید.

 

 

 

 

 

[Peyman 16150]

قابلیت های نرم افزار SUTCAST

 

1. شبيه سازي انجماد فلزات

2. شبيه سازي حركت مذاب در سيستم راهگاهي و قالب

3. شبيه سازي ساختار قطعات ريخته گري

4. شبيه سازي خواص مكانيكي

5. پيش بيني عيوب در قطعات ريختگي

6. بهينه سازي خواص فرايندهاي ريخته گري

7. شبيه سازي نحوه حركت مذاب در جهت جلوگيري از ورود آنها به محفظه قالب

 

 

 

شکل : نمایی از توزیع دمایی، نرم افزار شبیه سازی SUTCAST

 

 

جدیدترین نسخه این نرم افزار، نسخه SUTCAST Release 8.0 می باشد. نسـخه جدید نرم افزار SUTCAST در مقایسه با نسخه 7 نرم افزار از قابلیت های بسیار بیشتری برخوردار است و از اين رو، نرم افزاري كاملا متفاوت محسوب مي شود. از مهمترين ويژگي هاي اين نرم افزارمي توان به موارد زير اشاره كرد:

 

- شبيه سازي حركت سيال: حركت سيال در نسخه جديد برنامه به طور كامل مــــدل مي شود. فشار هوا، اصطكاك ديواره ها، تلاطم جريان، رديابي ذرات جامد در مذاب، اثر هواكش ها و اثر فيلتر و حل همزمان معادلات و انجماد حركت سيال از جمله ويژگي هايي هستند كه در برنامه مدل مي شوند.

 

- افزايش سرعت برنامه: به دليل بازنگري در الگوريتم هاي محاسباتي قبلي و نيز ابداع روش هاي نوين محاسباتي، سرعت حل معادلات و دستيابي به نتايج چندين برابر شده است.

 

- استقلال برنامه از محيط اتوكد: نسخه 8 نرم افزار توانايي استفاده از خروجي كلــــيه نرم افزارهاي CAD/CAM (که قادر به ساخت فایل های STL باشند) را دارا مي باشد. اين فايل ها به راحتي توسط برنامه خوانده شده و در محيط گرافيكي برنامه نمايــــش داده مي شوند.

 

- يكپارچه سازي محيط برنامه: در ويرايش جديد برنامه محيط يكسان با قابليت هاي بالا و كاربري ساده جهت اجراي كليه بخش هاي برنامه طراحي شده است.

 

- مش بندي پيشرفته: مش بندي قطعات با استفاده از الگوريتم پيشرفته اي كه توسط گروه SUTCAST طراحي شده است انجام مي گيرد. اين الگوريتم قادر به مش بندي كليه اجزاء بطور همزمان و نامحدود در كوتاهترين زمان ممكن (بدون نيــــاز به Merge اجزا) می باشد.

 

- پيش نمايش كامل سيستم: قسمت پيش نمايش نيز قادر است كه كليه اجزاء سيستم (قطعه، قالب، اگزوترم، مبرد و غيره) را به صورت سه بعدي نمايش دهد. در اين قسمت كاربران مي توانند به سادگي قطعات را از زواياي مختلف و در بزرگنمايي دلخواه مورد بازبيني قرار دهند و يا مقاطع مختلف قطعه را بررسي نمايند.

 

- افزايش دقت: بهبود الگوريتم هاي مورد استفاده در اندازه گيري و تعيين محل انقباض (Macro & Microshrinkage) سبب افزايش دقت برنامه در پيش بيني محل عيوب انقباضي شده است.

 

- خواص متغير: استفاده از توابع وابسته به دما در محاسبات سبب افزايش دقت و واقعي تر شدن جواب ها شده است.

 

- راهنماي برنامه: نسخه 8 نرم افزار، راهنما (HELP) كاملي سود مي برد كه در تمامي مراحل فرآيند اطلاعات كافي را در اختيار كاربر قرار مي دهد.

 

- راهنماي استفاده از نرم افزار: يك مجموعه 4 جلدي كليه جزييات مربوط به نرم افزار را تشريح مي كند. در اين مجموعه همچنين مثال هايي از قطعات مختلف آورده شده اند و فرآيند شبيه سازي آنها مرحله به مرحله شرح داده مي شود.

 

 

 

 

 

[Peyman 16150]

مثال هایی از کاربرد شبیه سازی در افزایش بهره وری

 

مثال اول: تولید رینگ اتومبیل

 

چرخ خودرو به عنوان یک قطعه حساس و پر کاربرد، جایگاه ویــــژه ای در صنعت ریخته گری دارد. امروزه شرکت های متعددی در زمینه طراحی و تولید قطعـات فعالیت می نمایند؛ اما فقط تعداد کمی از این شرکت ها توانسته اند به کمک شبیه ســـازی به بهره وری بالایی در این فرایند دست یابند. در ادامه نکات مهم در طراحی رینگ خودرو مورد اشاره قرار می گیرند. طراحی اولیه سیستم ریخته گری که توسط شرکت قطعه ساز انجام شده است، در شکل زیر نشان داده شده است.

 

 

 

 

قطعات ریخته شده بر اساس این طراحی، چنانکه در شکل زیر دیده می شود، دارای حفره های انقباضی فراوانی هستند که وجود آن ها توسط شبیه سازی نیز تایید گردیده است.

 

 

 

 

 

بنابراین به منظور کاهش زمان انجماد و حذف حفره های انقباضی، طراحی قالب بر اساس موارد زیر تغییر داده می شود:

1. شیب دادن سطوح جهت بهبود انجماد جهت دار

2. استفاده از مبرد مسی همراه با آبگرد

3. تنظیم توزیع دما در اجزاء مختلف قالب

4. کنترل انتقال حرارت قالب از طریق اعمال پوشش با ضخامت مناسب

بر این اساس، طراحی نهایی مجموعه در شکل زیر آورده شده است.

 

 

 

 

شبه سازی سیستم با طراحی جدید، چنانکه در شکل زیر دیده می شود، به ساختاری عاری از حفره های انقباضی منتهی می شود، اما هنوز قادر به پرکردن کامل نمی باشد.

 

 

 

 

 

به منظور حل این مشکل دمای بارریزی از 720 درجه سانتیگراد به 750 درجه سانتیگراد افزایش یافت و قالب نیز تا 300 درجه پیشگرم شد. نتایج نشان می دهند که با اعمال این تغییرات، مذاب قادر است که به طور کامل حفره قالب را پر کند. در نتیجه محصولی سالم و بدون عیب حاصل می شود. در نهایت و با انجام تغییرات فوق الذکر، علاوه بر تولید قطعه سالم، سرعت تولید به میزان حدود 2.5 برابر افزایش می یابد.

 

 

 

 

 

 

[Peyman 16150]

مثال دوم: تولید توپی چرخ اتومبیل از جنس چدن

روش هاي تغذيه گذاري در چدن ها به مراتب پيچيده تر از انواع فولادها و فلزات و آلياژهاي غير آهني نظير آلومينيوم و مس است. اين پيچيدگي از آنجا ناشي مي شود كه فولادها و فلزات غيرآهني در مراحل مختلف سرد شدن در حالت مذاب و انجماد قطعه همواره در حال انقباض بوده در حالي كه چدن ها در كنار اين پديده، يعني انقباض مذاب و قطعه، در مرحله اي كه مصادف با آزاد شدن گرافيت است، منبسط نيز مي شوند .

 

اين حالات انقباض و انبساط در چدن ها انجماد و تغذيه گذاري آنها را بسيار پيچيـده مي سازد. در پنج دهه گذشته روش هاي تغذيه گذاري چدن هاي خاكستري و نشكن توسعه زيادي يافته و در سالهاي آخر قرن بيستم روش هاي محاسباتي بيشتر متمايل به روش هاي پیشنهادی دکتر Karsy از شرکت تیتانیوم كانادا و جامعه ريخته گران آمريكا بوده است.

 

امروزه اين روشها در بخش هاي مهندسي متد و كارخانجات ريخته گري ايران مورد استفاده قرار مي گيرد. در حدود سال 1373 طراحی يك توپي چرخ اتومبيل توسط يك شركت ريخته گري ايراني از چدن نشكن به اين مركز واگذار گرديد. بر اساس محاسبات طول مذاب رساني، براي اين قطعه 4 تغذيه در نظر گرفته شد و قطعه به سلامت توليد گرديد. اما در جريان توليد انبوه قطعه متوجه اين نكته شديم كه دو تغذيه همواره غير فعال بوده و تعجب آور آنكه اين دو تغــــــذيه با دو تغذيه ديـگر در ذوب هاي مختلف تغيير مي كرد.

 

دو سال بعد در طراحي قطعه مشابه براي شركتي ديگر بر اساس تجربه هاي كسب شده قبلي فقط قطعه با دو تغذيه طراحي و به سلامت توليد گرديد . در ادامه مطالعات مركز در زمينه شبيه سازي و طرح تغذيه گذاري به كمك كانتورهاي انجماد در طراحي قطعه اي ديگر براي يك واحد ديگر ريخته گري چند سال بعد مشخص گرديد كه با در نظر گرفتن فقط يك تغذيه و داشتن يك كانتور انجماد باز مي توان اين قطعه را حتي با تغذيه مخروطي و كوچك تر طراحي نمود . اين قطعه نيز به سلامت توليد گرديد. نتيجه آنكه:

 

- روشهاي محاسباتي تغذيه گذاري چدن هاي نشكن كه در حال حاضر در جهان مورد استفاده قرار مي گيرند به ويژه بخش مربوط به طول مذاب رساني تغذيه مي تواند مورد سئوال قرار گرفته و تجديد نظر اساسي در توسعه آنها لازم است.

- در عصر حاضر روش هاي محاسباتي سنتي جاي خود را به معيارهاي علمي نظير شبيه سازي هاي كامپيوتري با جاذبه هاي تكنيكي و اقتصادي داده است.

 

 

 

 

[Peyman 16150]

مثال سوم: طراحي مبرد براي قطعات چدن تبريدي

 

در توليد قطعات چدن تبريدي كنترل عمق منطقه تبريدي عامل تعيين كننده خواص متالورژيكي قطعاتي نظير ميل بادامك، غلطك هاي نورد و استكان تايپت مي باشد. براي دستيابي به خواص متالورژيكي لازم كنترل عمق منطقه تبريدي و ساختار ميكروسكپي بر مبناي استفاده از مبرد در داخل قالب صورت مي گيرد . تا با افزايش سرعت انجماد موضعي در بخش هاي نزديك مبرد، ساختار چدن سفيد مورد نظر به دست آيد. با توجه به آنكه عمق منطقه سفيد شده تاثير بسزايي بر كاركرد قطعه داشته و عامل اصلي كنترل كننده آن تعيين ضخامت و ابعاد مبرد مي باشد و از آنجا كه انجماد چدنها بر مبناي سيستم تعادلي پايدار و يا سيستم تعادلي ناپايدار صورت مي گيرد . لذا آگاهي از نحوه انجماد قطعه در مناطق نزديك به مبرد عامل تعيين كننده در دستيابي به خواص مورد نظر مي باشد . در صورتي كه بتوان منحني هاي سرد شدن در حين انجماد را مشخص نمود با توجه به تركيب شيميايي مذاب و تاثير آن بر درجه حرارت يوتكتيك سيستم پايدار و ناپايدار مي توان ساختار ميكروسكپي را پيش بيني كرد . استفاده از شبيه سازي انجماد و رسم منحني هاي سرد شدن قطعه در نقاط مختلف آن به همراه اطلاعات مربوط به دياگرام تعادلي و غير تعادلي انجماد چدنها كمك موثري است كه مي تواند نحوه انجـــماد در بخش هاي مختلف قطعه را مشخص نموده لذا از عمق تبريدي ايجاد شده اطمينان حاصل گردد . غلتك چدني نورد پروفيل مثال مناسبي مي باشد . شماتيك قطعه و مبرد به همراه تركيب شيميايي انتخاب شده و تعدادي درجه حرارت در نقاط مختلف آن در شكل صفحه زیر نشان داده شده است.

 

 

 

 

در نقاط 1 تا 6 منحني هاي سرد شدن قطعه رسم شده كه در نمودار زير نشان داده شده است همان گونه كه ديده مي شود منحني هاي سرد شدن در نقاط 1 و 2 و 3 نشان دهنده انجماد در زير دماي يوتكتيك نا پايدار بوده و لذا فاز سمنتيت و نهايتا ساختار چدن تبريدي ايجاد خواهد شد . منحني هاي سرد كردن در نقاط 4 و 5 و 6 نشان دهنده انجماد در محدوده دمايي پيدايش گرافيت بوده و لذا ساختار نهايي چدن با گرافيت آزاد خواهد بود. با تغيير ابعاد مبرد و يا جنس آن و رسم منحني هاي سرد كردن از طريق شبيه سازي انجماد و بررسي نحوه انجماد چدن مي توان به ابعاد بهينه مبرد براي دستيابي به عمق تبريدي مناسب دست يافت.

 

 

 

 

 

 

[Peyman 16150]

مثال چهارم: طراحي يك ميل لنگ سنگين

 

ميل لنگ هاي ريختگي از جنس چدن نشكن كاربردهاي عمده اي در صنايع دارند . ساليان متمادي است كه ميل لنگ هاي سبك ( نظير ميل لنگ خودروهاي سواري ) از جنس چدن با گرافيت كروي و انواع روش هاي نشكن سازي توليد مي شوند . در موتورهاي زميني وزن و ضخامت ميل لنگ بالاتر بوده و توليد قطعه از جنس چدن نشكن با دارا بودن خواص مكانيكي مطلوب، نيازمند كنترل دقيق تر فرايند ريخته گري آن است . ميل لنگ كمپرسور از جنس چدن نشكن GGG-70 و با وزن حدود 120 كيلوگرم و قطر ياتاقان 120 ميلي متر و با استفاده از روش In-Mold براي نشكن سازي و استفاده از نــــرم افزار شبيه سازي SUTCAST جهت بررسي نحوه پر شدن قالب و انجماد قطعه در مقياس صنعتي توليد گرديد . شكل قطعه و ابعاد تقريبي آن در شكل زير نشان داده شده است . با توجه به ضخامت هاي متفاوت قطعه در محل ياتاقان هاي ثابت و متحرك ومحل اتصال لنگ ها به ياتاقان ها قطعه از نظر نحوه پر شدن و انجماد آن ويژگي هاي خاصي را دارا بوده و با توجه به كاربرد قطعه مي بايست حداقل استحكام كششي N/mm2 750 و ازدياد طول نسبي حداقل 5% را دارا باشد.

 

 

 

 

بر اين مبنا روش In-Mold براي توليد قطعه انتخاب گرديد تا با افزايش تعـــــداد گرافيت هاي كروي در واحد سطح و افزايش سل هاي يوتكتيكي جدايش در قطعه به حداقل رسيده و خواص مكانيكي مطلوب حاصل گردد . طراحي سيستم راهگاهي و نحوه پر شدن قطعه نيز از اهميت ويژه اي برخوردار است زيرا به دليل وزن بالاو طول زياد قطعه دستيابي به انجماد يكسان در قسمت هاي مختلف قطعه به طراحي صحيح سيستم راهگاهي و توزيع يكنواخت دما در حين پر شدن و انجماد بستگي دارد . طراحي اوليه سيستم راهگاهي و تغذيه گذاري در شكل زیر نشان داده شده است.

 

 

 

 

در مرحله اول از دو تغذيه گرم كناري و يك تغذيه رويي استفاده شد كه نتـــــايج شبيه سازي نشان دهنده عملكرد صحيح تغذيه ها و ايجاد شيب حرارتي مناسب و توليد قطعه سالم مي باشد. بر مبناي اين طراحي نمونه اوليه ريخته شده و نتايج تست اولتراسونيك قطعه بيانگر عدم وجود حفره و مك در قطعه مي باشد . هر چند نتايج آزمون كشش بر روي Y بلوك هاي داخل قالب حداقل خواص مكــــــانيكي موردنظر را تامين مي كرد، معهذا به دليل تمركز حرارتي در محل اتصال تغذيه هاي كناري به قطعه تعداد گرافيت هاي كروي كمتر و غير يكنواختي ساختار زمينه در قطعه مشاهده شد علاوه بر آن بهره ريختگي نيز پايين بود . طراحي بهينه قطعه در شكل زير نشان داده شده است. در اين طرح با حذف تغذيه هاي كناري و استفاده از مبرد در قسمت هاي ضــــخيم قطعه و بخش هاي زيرين آن شرايط انجماد به گونه اي كنترل شد كه انجماد از دو قسمت قطعه شروع شده و به تغذيه ختم مي گردد.

 

 

 

 

مراحل مختلف پر شدن و انجماد قطعه در شكل هاي زير نشان داده شده است . قطعات توليد شده با اين روش هيچ گونه عيبي را در تست اولتراسونيك نشان نداده و علاوه بر آن به دليل انجماد يكنواخت تر قطعه خواص متالورژيكي قطعه نيز بالاتر و ساختار ميكروسكپي يكنواخت تر مي باشد.

 

 

 

 

 

[Peyman 16150]

مثال پنحم: ريخته گري غلتك هاي تبريدي

 

غلطك هاي چدني تبريدي كاربرد عمده اي در صنايعي مانند نورد ورق ها دارند و كيفيت محصولات نوردي تاثيرپذير از كيفيت غلطك ها مي باشد . با توجه به شكل هندسي غلطك ها و از آنجايي كه بخش ضخيم و بشكه قطعه با دو بازويي نسبتا بلند در دو طرف احاطه شده است، عليرغم سادگي ظاهري قطعه توليد آن به روش ريخته گري و با ساختار يكنواخت و عاري از حفره هاي انقباضي چندان ســـــاده نمي باشد . هر چند روش هاي متفاوتي نظير ريخته گري گريز از مركز نيز براي توليد غلتـك ها به كار برده مي شوند، ولي بخش عمده اي از غلطك ها به روش ريخته گري ثقلي استــاتيكي توليد مي گردند . براي توليد قطعه سالم و با كيفيت مطلوب عوامل زيادي مي بايست مورد توجه قرار گيرد . علاوه بر عمليات كيفي مذاب و تهيه مذاب با كيفيت مناسب، طراحي سيستم راهگاهي و تغذيه گذاري و همچنين تكنولوژي قالب گيري تاثير بسزايي در توليد قطعات سالم دارد.

 

با توجه به طول زياد قطعه استفاده از چندين درجه براي قالب گيري الزامي خواهد بود. علاوه بر آن به دليل طول زياد راهگاه بارريز، سرعت مذاب در هنگام ورود به قالب بسيار زياد بوده و در صورت طراحي نامناسب آن مي تواند منجر به تخريب قالب و ماسه شويي گردد. استفاده از بارريز با قوس انتهايي و اتصال آن به صورت مماس به قطعه، مي تواند در تغيير جهت آرام مذاب و جلوگيري از ماسه شويي موثر باشد.

 

از طرف ديگر مماس بودن راهباره ها موجب حركت چرخشي شديد مذاب در محفظه قالب شده، آخال ها در مركز غلطك تجمع يافته و از چسبيدن آنها به مبرد احاطه كننده بشكه غلطك جلوگيري مي شود . چرخش شديد مذاب در محفظه قالب يك ضرورت اساسي در توليد غلطك ها است . از آنجايي كه مذاب مي بايست از قسمت پايين قطعه وارد شده و به تدريج به سمت بالا حركت نمايد، لذا پس از پر شدن قطعه شيب حرارتي داخل قطعه نامناسب بوده و مي تواند منجر به ايجاد حفره انقباضي در قسمت بازويي پايين و عمدتا در محل تلاقي بازويي پاييني با بشكه گردد . به همين منظور و جهت حذف شيب حرارتي نامناسب، در مواردي حجم مذاب ريخته شده به داخل قالب بيش از حجم قالب بوده و مقدار مذاب اضافي، از ناودان طراحي شده در قسمت بالاي تغذيه خارج شده و در پاتيل ديگري جمع آوري مي گردد . ريختن مذاب اضافي به وزن 20-10 % وزن كلي قطعه جهت از بين بردن شيب حرارتي داخل قطعه متداول مي باشد . طراحي مبرد و تعيين ضخامت آن و انتخاب نوع ماسه در دو طرف بشكه غلطك نيز در ايجاد ساختار موردنظر و جلوگيري از ايجاد حفره انقباضي نقش اساسي دارد.

 

ضخامت مبرد بايد به گونه اي باشد تا علاوه بر ايجاد عمق سخت شده موردنظر از نظر تاثير بر انجماد قطعه، امكان مذاب رساني تغذيه را فراهم نمايد . استفاده از اگزوترم در بالاترين قسمت بازويي بالا، زمان انجماد را به تاخير انداخته و مذاب لازم جهت جبران انقباض را تامين مي نمايد. مبرد بايد به گونه اي طراحي شود تا عمق چدن سفيد موردنظر در سطح بشكه را ايجاد نموده و علاوه بر آن به گونه اي بر انجماد قطعه تاثير گذارد كه پس از انجماد كامل در بشكه، انقباض بازويي پايين با انبساط ناشي از آزاد شدن گرافيت در حين انجماد جبران گشته و تغذيه بالايي جبران انقباض بازويي بالا را نمايد.

 

از طرف ديگر سختي طرف بالا و پايين و وسط بشكه داراي تلرانس دقيقي بوده و همين مسئله در مورد بازوهاي غلطك ها نيز صدق مي كند . امروزه دستيابي به اين رديف سختي استاندارد بدون استفاده از امكانات شبيه سازي مستلزم ماه ها تجربه سعي و خطا و صرف هزينه بسيار بالايي مي باشد . همچنين طراحي و انتخاب ضخامت مبرد بدون استفاده ازشبيه سازي انجماد نيازمند سعي و خطا بوده و با زمان و هزينه زيادي همراه خواهد بود . ولي با استفاده از شبيه سازي حركت سيال و انجماد مي توان از طراحي سيستم راهگاهي و سرعت حركت مذاب و جلوگيري از ايجاد ماسه شويي، قبل از ساخت درجه ها و ساخت سيستم راهگاهي اطمينان حاصل نمود . علاوه بر آن به كمك شبيه سازي انجماد مي توان شرايط انجماد قطعه را با استفاده از مبردهاي با ضخامت مختلف پيش بيني كرده و بر مبناي آن بهينه ترين ابعاد مبرد را جهت ايجاد ساختار دوگانه موردنظر و همچنين انجماد مناسب قطعه انتخاب نمود . علاوه بر آن با توجه به تغيير مدول قطعه در محل اتصال بازويي ها به بشكه غلطك مي توان تاثير مواد قالب گيري با ظرفيت حرارتي و نفوذ حرارتي مختلف را بررسي نموده و بر مبناي آن و با توجه به قطر و طول بازويي، بهينه ترين شرايط قالب گيري را انتخاب نمود.

 

در شكل بعد شماتيك طراحي مناسب سيستم راهگاهي و تغذيه گذاري و نحوه قالب گيري غلطك چدني تبريدي خط نورد ورق نشان داده شده است . طراحي قوس انتهاي بارريز به گونه اي صورت گرفته تا با توجه به طول زياد بارريز، حداقل تلاطم و اغتشاش در تغيير جهت حركت مذاب ايجاد شود . علاوه بر آن محل اتصال بارريز به قطعه به صورت مماسي بوده تا مذاب همراه با چرخش و حركت دوراني به سمت بالا حركت كرده و در نتيجه از انجماد زودرس و ناخواسته در هنگام پر شدن بشكه غلطك در داخل مبرد ممانعت به عمل آيد.

 

 

 

شکل - شماتيك طراحي مناسب سيستم راهگاهي و تغذيه گذاري و نحوه قالب گيري غلطك چدني تبريدي

 

 

تصاوير زير بخشي از مراحل انجماد كه به كمك شبيه سازي انجماد مشخص شده است را نشان مي دهد. عمق منطقه تبريدي با توجه به افت دما در حين انجماد و رسم منحني سرد شدن مذاب تعيين شده و محل و ارتفاع ماسه كروميتي به گونه اي تعيين شده تا عليرغم تغيير مدول قطعه در محل اتصال بازويي به بشكه، شرايط انجماد يكنواخت در بازويي ايجاد گردد تا بتوان از انبساط ناشي از آزاد شدن گرافيت در حين انجماد براي جبران انقباض ناشي از انجماد استفاده نمود .

 

 

 

شکل - توزيع حرارتي و نحوه انجماد قطعه

 

 

نحوه حركت سيال و همچنين شيب حرارتي قطعه پس از پر شدن نيز به كمك شبيه سازي انجماد قابل پيش بيني بوده و بر مبناي آن مي توان مقدار مذاب اضافي لازم براي از بين بردن شيب حرارتي نامناسب را تعيين و در هزينه توليد قطعه صرفه جويي قابل توجهي نمود.

 

 

 

شکل - توزيع حرارتي و نحوه انجماد قطعه