رفتن به مطلب

پست های پیشنهاد شده

تهیه کننده: حسین صمدی danesh_15.gif جهاد دانشگاهی مشهد مرداد87

موضوع تحقیق : تغذیه گذاری

تغذیه گذاری به روش تقلیل یا کنترل فشار

( )

روش تغذیه گذاری تقلیل فشار که در گذشته در بعضی از صنایع چدن ریزی متداول بوده است امروزه بیشترین مورد مصرف را در ریخته گری قطعات چدنی دارد . در واقع باید متذکر شد بسیاری از کسانی که از این روش استفاده می کنند, اصول علمی آن را نشناخته اند .

ریخته گری قطعات ضخیم چدنی (که حداکثر مدول آنها حدود 2 سانتی متر باشد) با روش تغذیه گذاری فشاری در قالب های غیرمتعادل (نظیر قالب های ماسه ای تر, پوسته ای ...) موجب تغییر شکل قالب شده و در نتیجه وجود مک های سوزنی در قطعات ریختگی را اجتناب ناپذی می سازد .

یک راه حل عملی برای حل مشکل فوق استفاده از قالب هائی با استحکام بالا می باشد . متاسفانه در اکثر موارد استفاده از قالب های ماسه ای تر (که ضمناً دارای استحکام کافی نیستند) , بخصوص در روش قالب گیری ماشینی با سرعت تولید بالا, به دلیل اقتصادی بودن تولید آن ضرورت داشته و لذا امکان تغییر شکل قالب در مرحله آزاد شدن کربن و انبساط قطعه وجود دارد .

تغییرات حجمی درمرحله سردشدن و انجماد چدن های گرافیتی امکان استفاده از روش دیگری بجز روش تغذیه گذاری فشاری را میسر می سازد . در این روش, در آغاز مرحله انبساط چدن, اجازه داده می شود تا قطعه ریختگی مقداری از مذاب خود را بطرف تغذیه براند . بهرحال قبل از اینکه مرحله انبساط چدن خاتمه یابد چنین جریان معکوسی باید متوقف شده وفشار باقی مانده در قطعه صرف جبران انقباض ثانویه شود . مشخصه روش تغذیه گذاری تقلیل فشار باقی وجود تغذیه های تقریباً یا کاملاً سالم (بدون حفره انقباضی) پس از انجماد کامل قطعه است . از نظر تئوری, دریک تغذیه باید بین 3 تا 6 درصد حجمی حفره انقباضی رویت شود . بدیهی است در هنگامی که تغذیه به قطعه ریختگی متصل باشد این مقدار افزایش خواهد یافت . همان طوری که قبلاً گفته شد در این روش بیشتر تغذیه ها پس از ریخته گری سالم بوده و احتمالاً می توانند محتوی 2 درصد انقباض حجمی (بصورت حفره) باشند . طبیعتاً در اینجا این سئوال مطرح می شود که آیا بکار بردن این تغذیه ها بی فایده بوده است؟ پاسخ این سئوال منفی است, زیرا در صورت عدم استفاده از این گونه تغذیه ها قطعات ریختگی متخلخل خواهند بود . مجدداً این سئوال می تواند در ذهن شکل بگیرد که در جریان انجماد مذاب درون این تغذیه, چه اتفاقی به وقوع می پیوندد؟

به مجرد آن که قطعه و تغذیه از فلز پر شدند مذاب شروع به سردشدن و انقباض می کند . این انقباض بسهولت با مذاب موجود در تغذیه جبران می شود, از سوی دیگر مذاب موجود در تغذیه انقباض خود را نیز جبران می کند . انقباض حجمی مذاب در قطعه و تغذیه باعث پیدایش حفره انقباضی در تغذیه می شود به مجرد آن که مرحله انقباض مذاب بپایان رسید و مرحله انبساط آن آغاز شد, مذاب از طرف قطعه به طرف تغذیه جریان می یابد .(منوط بر آن که ارتباط قطعه و تغذیه از نظر جریان مذاب برقرار باشد) . در صورتی که این جریان برگشتی مذاب متوقف نشود فشار داخلی مذاب در قطعه ریختگی از بین رفته (به استثناء روش تغذیه گذاری متداول) و در نتیجه بروز معایب انقباض ثانویه در قطعه ریختگی اجتناب ناپذیر خواهد بود .

برای درک بهتر مکانیزم فوق شکل (4-1) درنظرگرفته می شود .

 

شکل (4-1) نمودار فشار- تغییر شکل برای یک قالب ماسه ای تر

درصورتی که فشار داخلی مذاب از بیشتر باشد تغییر شکل و باد کردن قالب اتفاق افتاده و در صورتی که فشار زیر باشد معایب انقباض ثانویه در قطعه ریختگی بصورت مک های ریز میکروسکوپی یا حفره های درشت تر (در مناطق تمرکز حرارتی در قطعه ریختگی) بوجود می آیند . از آنچه که در فوق گفته شد می توان چنین دریافت که این امکان وجود دارد تا بتوان نوعی از سیستم تغذیه گذاری را طراحی کرد که اولاً با اجازه جریان مذاب از طرف قطعه بطرف تغذیه فشار داخلی مذاب را به زیر تقلیل داده (تا تغییر شکل زیادی در قالب بوجود نیاید) و ثانیاً با قطع جریان مذاب از طرف قطعه بطرف تغذیه فشار کافی در داخل مذاب (بالای ) برای جبران انقباض ثانویه باقی بماند . بهرحال این نکته را باید بیاد داشت که چنین روشی در گذشته تنها از طریق تکرار و تجربه امکان پذیر بوده در حالی که امروزه مفاهیم علمی آن بیشتر شناخته شده است .

در شکل (5-1) سه مرحله اساسی انقباضی و انبساطی مذاب و قطعه در جریان سردشدن در یک قالب نشان داده شده است .

از آن جائی که تغذیه از نوع بسته است, لذا از انبساط مذاب تنها برای پر کردن تغذیه و جبران حفره انقباضی آن کفایت کرده و مابقی فشار حاصل از انبساط چدن, صرف جبران حفره های انقباضی ثانویه شده است .

برای تفهیم مکانیزم سیستم کنترل فشار, شکل (5-1) بر شکل (6-1) منطبق شده است .

 

 

شکل (5-1) اصول تغذیه گذاری کنترل فشار ) حالتی است که راهگاههای فرعی جامد شده اند . ) حداکثر انقباض به انجام رسیده در قطعه که حاصل انبساط ) تغذیه مجدداً توسط مذاب موجود آن است پر شده است .

 

 

 

شکل (6-1) تاثیر الگوی تغییرات حجمی در مکانیزم کنترل فشار

) مذاب موجود در تغذیه از درجه حرارت تا انتهای مرحله انقباض مذاب به طرف قطعه ریختگی جریان دارد .

) در انتهای این مرحله جریان معکوس مذاب (از قطعه به تغذیه) آغاز می شود . این انتقال مذاب تا هنگامی که تغذیه کاملآً از مذاب پر شود ادامه می یابد . چون تغذیه از نوع بسته است لذا ادامه جریان مذاب از قطعه بطرف تغذیه (با پرشدن تغذیه) متوقف می شود .

) انبساط بیشتر مذاب باعث افزایش فشار قطعه تغذیه شده اما به بالاتر از حدی که موجب تغییر شکل قالب شود, نمی رسد . انقباض ثانویه موجب تقلیل این فشار اضافی (بیشتر از فشار آمتسفر) می شود . چنانچه طراحی تغذیه بدرستی انجام گرفته باشد بیشتر فشار موجود در سیستم, حتی پس از انقباض ثانویه, همواره بالاتر از فشار آتمسفری بوده و لذا سبب می شود تا ریخته گر به قطعاتی عاری از معایب انقباضی دست یابد . قبل از پرداختن به جزئیات دقیق روش فوق لازم است به تاثیر درجه حرارت ریختن و زمان ریختن (در حقیقت متغیرهای اضافی دیگر) در تغییرات حجمی حفره انقباضی در تغذیه اشاره کنیم . این نکته را باید به خاطر داشت که حضور انبساط اضافی به مقدار ضریب اطمینان کافی برای سلامت قطعات ریختگی نخواهد بود (شکل 6-1). چنانچه فشار داخلی (انبساط) , قابل پذیرش باشد آنگاه هدف, دستیابی به تغییرات قابل قبول خواهد بود .

بهرحال این یک واقعیت است که در شرایط عمل تغذیه گذاری در این سیستم نیازی به پرکردن کامل تغذیه (از طریق جریان معکوس مذاب) نبوده بلکه دسیابی به قطعات سالم به گونه ای که تغذیه نیز کلاً از مذاب پر نشود مورد نظر است .

در این جا این سئوال منطقی را می توان مجدداً مطرح کرد که فشار حاصله در چنین سیستمی که تنها قسمتی از حفره انقباضی تغذیه از مذاب پر شده و قطعه نیز عاری از حفره های انقباضی باشد بایستی چه مقداری بوده باشد . اگر چه شکل (6-1) برمبنای فرض پرشدن کامل حفره انقباضی موجود در تغذیه رسم شده اما همان طوری که قبلاً ذکر شد در عمل نیازی به پرکردن کامل حفره انقباضی موجود در تغذیه نبوده و طرح این سیستم برمبنای اندازه حفره انقباضی در تغذیه قرار ندارد . چنانچه محل تماس تغذیه به قطعه ریختگی قبل از جریان معکوس مذاب از قطعه بطرف تغذیه جامد گردد یا قسمتی از آن جامد شود, این قسمت از سیستم راهگاهی نقش تعیین کننده ای در کنترل فشار داخلی مذاب بازی خواهد کرد .

پس از محل اتصال تغذیه به قطعه ریختگی را باید به گونه ای انتخاب کرد که اولاً فشار حاصل از انبساط مذاب باعث تغییر شکل قالب نشده و از طرف دیگر این فشار موجب جریان حفره های انقباضی اولیه و ثانویه در قطعه ریختگی شود (یعنی قبل از آن که انبساط مذاب بمقدار زیادی تقلیل یابد باید محل اتصال تغذیه به قطعه ریختگی جامد گردد) .

علاوه بر درجه حرارت ریختن مذاب, طرح صحیح سیستم تغذیه گذاری تقلیل فشار به مقدار بسیار زیادی به کیفیت متالوژیکی مذاب بستگی دارد . برای بررسی بیشتر چنین مسئله ای لازم است تغییرات حجمی و درجه حرارت ریختن مذاب بطور مستقل و در ارتباط با زمان بصورت نموداری نشان داده شود . شکل (7-1)

زمان صفر نشان دهنده خاتمه ریختن مذاب به داخل قالب است . نمودار برای حالت تعادلی رسم شده است, از آنجائی که این شرائط در ریخته گری قطعات (بعلت بالا بودن سرعت نسبی سرد شدن مذاب در قالب) وجود ندارد لذا نمودارهای و بر شرائط عملی منطبق هستند . حالت برای مذابی با کیفیت متالوژیکی خوب و حالت برای مذابی با کیفیت متالوژیکی ضعیف می باشد . برای حالت فشار انبساطی مجاز بعد از حاصل شده در حالی که برای حالت این زمان خواهد بود . در حالی که از آن نظر ایده آل است که فلز کاملاً بصورت مذاب بوده اما درزمان تقریباً 35 درصد مذاب بصورت جامد درآمده است . حد مجاز سیلان مذاب برای جبران حفره های انقباضی بر مبنای 75% جامد یا بیشتر نیز بصورت فرضی در نمودار شکل (7-1) نشان داده شده است .

به بیان ساده مبنای طراحی سیستم تغذیه گذاری تقلیل فشار براساس زمان لازم برای رسیدن به ردیف مجاز فشار انبساطی قرار دارد, زمانی که طی آن مذاب بتواند در سیستم تغذیه (تغذیه و گردن تغذیه) جریان یابد . یعنی

 

که در آن

زمان محدود برای سیلان مذاب از تغذیه , دقیقه

زمان رسیدن به فشار انبساطی مذاب (بدون تغییر شکل قالب)

در جزء ضخیم ( ) قطعه ریختگی, دقیقه .

است . برای سهولت بیشتر

 

شکل (7-1) دیاگرام اصلاح شده سرد شدن .

با استفاده از رابطه (چورنیف) :

 

یا

 

همان طوری که خواننده توجه دارد درجه حرارت ریختن مذاب جایگزین درجه حرارت لیکدوس مذاب شده , لذا برای بررسی و تحلیل دقیق تر باید افت حرارتی در جریان ریختن مذاب بداخل قالب نیز در محاسبات منظور شد . البته بکاربردن درجه حرارت ریختن مذاب, که اندازه گیری آن در کارگاه های ریخته گری بسهولت انجام می گیرد, بجای درجه حرارت لیکدوس مذاب خطای جزئی در محاسبات پیش می آورد .

مدول سیستم تغذیه که با حد سیلان مذاب متقارن است (در حضور 75%) , سانتی متر

مدول جزء ضخیم قطعه ریختگی, سانتی متر

فاز جامد مشترک ( ) هنگامی

که فشار مذاب (بدون تغییر شکل قالب ) در جزء ضخیم قطعه ریختگی می رسد , 100%

چنانچه

 

از آنجائی که دردرجات حرارتی ریختن بین 1300 تا 1500 درجه سانتی گراد مستقل از درجه حرارت ریختن چدن مذاب است (در بین این درجات حرارتی اختلاف مقدار تنها کمی بیشتر از 1% خواهد بود) لذا با انتخاب ثابت رابطه فوق را می توان ساده تر کرد :

 

یا

این رابطه ساده نشان می دهد که مقدار آن تنها به کیفیت متالوژیکی مذاب چدن بستگی دارد .

مقادیر مجاز بین صفر (کل انتخاب بصورت مذاب انجام می گیرد و 75/0 (حد سیلان مذاب داخل قطعه ریختگی) قرار دارد .

 

 

شکل (8-1) مدول لازم برای انتقال مذاب ( ) در سیستم تغذیه گذاری .

به و کیفیت متالوژیکی مذاب بستگی دارد .

بدنه تغذیه

از بحث های فوق چنین نتیجه میشود که مدول تغذیه باید برابر (یعنی مدول لازم برای انتقال کافی مذاب) بوده که در مورد مقدار مناسب آن در بحث های آتی بررسی بیشتری انجام خواهد شد .

طرح گردن تغذیه

ضمن آن که مدول گردن تغذیه باید برابر باشد اما همیشه ابعاد مدول تغذیه را باید کوچک تر از حدی که برای اشکال هندسی مشابه که بطور جداگانه ریخته می شود در نظر گرفت . این کار بدان دلیل است که گردن تغذیه از یک طرف به قطعه ریختگی و از طرف دیگر به تغذیه متصل بوده و در حقیقت چنین سطوحی بعنوان سطوح سردکننده مذاب تلقی نمی شود. تأثیر دوم کاهش سرعت سردشدن و انجماد مذاب در گردن تغذیه, گرم شدن ماسه اطراف آن به دلیل عبور مذاب از آن برای پر کردن قطعه یا تغذیه می باشد .

یعنی ماسه اطراف گردن تغذیه از ماسه ای که قطعه ریختگی و تغذیه را احاطه کرده است گرم تر می شود .

در صورتی که گردن تغذیه با سطح مقطع چهارگوش وطول باشد , مدول موثر آن برابرخواهد بود با :

 

بسهولت می توان دریافت که رابطه فوق, مشابه رابطه مربوط به مدول میله ای با مقطع چهارگوش و طول نامحدود است . رابطه مشابه ای را می توان برای تعیین مدول گردن تغذیه ای که دارای طول (یعنی بصورت مکعبی) باشد هم بکار برد . مدول چنین مکعبی با اندازه مشابه اما جداگانه ریخته شده برابر است با :

 

محاسبه مشابه لیکن مفصل تر ثابت میکند که مدول موثر گردن تغذیه 5/1 تا 2 برابر مدول قطعه ای مشابه شکل و اندازه فوق است که از همه طرف سرد شود .

همان طوری که قبلاً گفته شد عامل موثر ثانویه دیگری وجود دارد که باعث افزایش مقدار مدول موثر ( ) می شود از آنجائی که محاسبه این عامل بطور کمی آسان نیست لذا از ذکر آن در اینجا پرهیز می شود و فقط اشاره می کنیم که مقدار آن بین تا در نظر گرفته می شود.

بطور خلاصه مدول گردن تغذیه بصورت زیر انتخاب می شود .

(سرعت سرد شدن گردن تغذیه قدری آهسته تر در نظر گرفته شده است ) یا

 

گردن تغذیه تا حدی که فضای درجه های قالب گیری اجازه می دهند باید کوچک در نظر گرفته شود . از آنجائی که و بنابراین به کیفیت متالوژیکی مذاب بستگی دارد لذا مقدار در بیشتر موارد عملی حدود 35 تا 55 درصد (مدول قسمت ضخیم قطعه ) بوده حتی با اصلاح کیفیت متالوژیکی مذاب چدن مقدار را از این مقدار نیز می توان کوچک تر درنظر گرفت .

 

مدول راهگاه فرعی

سطح مقطع تنگه باید به گونه ای انتخاب شود که پرشدن قالب در محدوده زمانی مناسب و معینی انجام گیرد, بهرحال این مهم از طریق انتخاب مدول مناسب راهگاه فرعی انجام می شود .

همان طوری که قبلاً گفته شد کنترل میزان جریان معکوس مذاب از قطعه به تغذیه با انتخاب مدول مناسب برای تغذیه و گردن آن انجام می گیرد . حفره انقباضی حاصل از انقباض اولیه مذاب در تغذیه حفره کوچکی خواهد بود . بهرحال تحت سه حالت زیر این حفره انقباضی می تواند بزرگتر شود :

) درجه حرارت ریختن مذاب بالا باشد ,

) ریختن مذاب در قالب (با حداقل افت حرارتی) به سرعت انجام می گیرد,

) مدول راهگاه فرعی کوچک باشد ,

چنانچه مذاب موجود در راهگاه فرعی برای مدت زمانی زیادی در حالت مایع باقی بماند انقباض آن توسط راهگاهها جبران می شود . چنانچه مدول راهگها فرعی کوچک باشد سریع تر جامد شده و حفره انقباضی در تغذیه بزرگ تر می شود . مبانی علمی و تجربی این موضوع را به اثبات رسانیده اند .

بهرحال طراحان از نظر طرح مناسب به افزایش مدول تغذیه و گردن تغذیه تمایل دارند .

کنترل فشار داخلی مذاب در قالب به اندازه حفره انقباضی پیش تشکیل یافته در تغذیه بستگی دارد . چنانچه این حفره زیاد بزرگ باشد بخش زیادی از فشار انبساطی مذاب از دست رفته (اگر تمام آن از دست نرود) و لذا بروز حفره های انقباضی ثانویه در قطعه محتمل می شود . خوشبختانه احتمال چنین حالتی در شرایط عملی نزدیک به صفر است, لذا در بحث علمی این قسمت تأثیر اندازه حفره انقباضی پیش تشکیل یافته در تغذیه در انتخاب مدول راهگاه فرعی در نظر گرفته نمی شود .

در هنگام آغاز محاسبات مربوط به مدول گردن تغذیه, مقادیر عددی معینی را باید درنظر گرفت . در یک محاسبه ساده شده نوع تغییرات حجمی شکل (6-1) نادیده در نظر گرفته شده و مقادیر زیر مورد استفاده قرار گرفته اند .

درصد حجمی برای هردرجه سانتی گراد ثابت میزان انقباض مذاب

درجه سانتی گراد درجه حرارت انجماد

یا مجموع انبساط

یا انقباض ثانویه انبساط

انبساط مجاز در طراحی تغذیه ها وسط منطقه در شکل (6-1) برابر یا و حد مجاز طراحی مربوط به ردیف درجات حرارتی مجاز ریختن مذاب تقریباً با درجه سانتی گراد می باشد .

استفاده از اعشار بجای درصد برای سهولت انجام محاسبات است . توجه شود که افت در درجه حرارت ها نادیده گرفته شده است .

به بیان ساده ریختن مذاب در درجه حرارت 1320 درجه سانتی گراد باعث پیدایش فشار انبساطی متوسطی در مذاب می شود . برای جبران انقباض مذاب با سیستم راهگاهی لازم است درجه حرارت ریختن مذاب را بالاتر از 1325 درجه سانتی گراد انتخاب کرد . بهرحال در شرائط عملی موضوع پیچیده تر خواهد بود . همیشه قسمتی از انقباض مذاب موجود در راهگاهها (چه دلخواه ما باشد یا نباشد) صرف جبران انقباض مذاب در قطعه وتغذیه می شود . از آنجائی که تحلیل فوق باید بتواند هم برای قطعات با شکل ساده و هم پیچیده بکار رود, لذا نمودار مدول برحسب حجم مشترک بطور دلخواه بعنوان راهنما در شکل (9-1) نشان داده شده است . (توجه شود که تغذیه قسمتی از مجموعه قطعه / تغذیه است براساس رابطه چورنیف :

به اشتراک گذاری این ارسال


لینک به ارسال

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از ۷۵ اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به عنوان یک لینک به جای

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.


×
×
  • جدید...