مقالات
در حال خواندن
ریخته گری فلزات_قسمت پایانی
0

ریخته گری فلزات_قسمت پایانی

توسط mostafa bohluli۲۵ خرداد, ۱۳۹۶

منظور از تلقیح اضافه کردن موادی به مذاب جهت جوانه زنی با ایجاد مناطق مناسب براب جوانه زنی گرافیت می باشد. وجود این مراکز باعث می شود که گرافیت در حین انجماد مذاب به راحتی در این محل ها رسوب کند. بدون یک جوانه زنی مناسب احتمال به وجود امدن فازکاربید در قطعات ریختگی افزایش می یابد حضور مواد مسئله به این علت رخ می دهد که فلزات جوانه زایی شدهدر جوانه زا در مذاب منجر به جوانه زنی و رشد گرافیت بدون نیاز به تحت تبرید زیاد برای دمای ذوب می شود.

(Inoculation )تلقیح

این مسئله به این علت رخ می دهد که فلزات جوانه زایی شده در دمایی بالاتر از حالت عدم استفاده از مواد جوانه زا منجمد می شوند. بنابراین انجماد کامل قبل رسیدن به دمای جوانه زنی کاربید کامل می شود. عدم وجود یک جوانه زنی صحیح باعث می شود که گرافیت های که از تجزیه کاربید به وجود می اید نامنظم بوده ودارای شکل کروی نباشد و شکلی شبیه گرافیت در چدن مالیبل داشته باشد.

وجود مواد تلقیحی باعث می شود که مراکز جوانه نی زیاد شود و شکل گرافیت ها منظم باشد. به طور کلی مناسب بودن درجه جوانه زنی در چدن داکتیل باعث می شود وک تعداد گرافیت ها زیاد تر، اندازه کوچکتر ازنظر شکل یکنواخت و همگی کروی باشند. تعداد زیادتر کره های گرافیت موجب کاهش فاصله نفوذ کربن و مواد تلقیحی را در درجه اول اهمیت قرار دهیم به بیاندیگر مواد تلقیحی کلید کنترول ساختمان در چدن داکتیل می باشد. اگر چنین کنترولی بر روی ساختار به دستاید یک قطعه با خواص مکانیکی مناسب حاصل می شود. این خواص شامل حد تسلسم، استحکام کششی، چکش کاری و خواص ضربه می باشد. این بهبودی در مقاطع نازک (زیرنیم اینچ)بیشتر احساس می شود.

متغییرهای موثر بر عملکرد عملیات تلقیح

باید توجه داشت که عملکرد عملیات تلقیح فقط به نوع جوانه زای مورد مصرف بستگی ندارد بلکه به همان اندازه نیز تابع ترکیب شیمیایی، کیفیت مذاب چدن و روش تلقیح نیز می باشد.به طور کلی سازگاری مواد شارژشده، روش ذوب، عملیات متالوژیکی، دما و کنترول فرایند بسیار مهم است. به طوری که می وان با تغییر یکی از این فاکتورها و ثابت نگه داشتن بقیه، تاثیر ان متغییر را روی عملیات تلقیحی بررسی کرد. برای این کار در نظر گرفتن مواد و روش های ثابت ریخته گری برای به دست اوردن نتایج یکسانی الزامی است.

روش تلقیح

تاکنون روش هایی که برای تلقیح به کار مروند به شرح زیر است:

  • اضافه کردن مواد جوانه زا به صورت دانه های ریز و بعد از عملیات کامل منیزیم در هنگام ریختن مذاب به داخل قالب.
  • انجام عملیات کروی کردن گرافیت ها ۲:۳مذاب و سپس اضافه کردن مواد جوانه زا به همراه ۳/۱باقیمانده ی مذاب به داخا پاتیل.
  • تلقیح دو یا سه مرحله ای توسط اضافه کردن مقادیری از جوانه زا در هر بار.
  • ریختن مواد جوانه زا روی مذاب پس از سربارگیری یا روش stiring-in
  • تلقیح پاتیلی لحظه ای که میله های جامد از مواد جوانه زا در قسمت مقابل لوچه پاتیل قرار گرفته و توسط بخار، مذاب شده و وارد پاتیل می شود.
  • قرار دادن دانه های ریز یا قرص های مواد جوانه زا در سیستم راهگاهی قالب.
  • غوطه ور سازی جوانه زا در مذاب به کمک یک محفظه فرو برنده.
  • تزریق جوانه زا به داخل پاتیل همراه با یک گاز بی اثر.
  • تزریق مداوم جوانه زا به داخل جریان ذاب در حین تخلیه کوره به پاتیل.
  • افزودن جوانه زا در پاتیل و ریختن مذاب برروی ان.
  • پاشیدن پودر جوانه زا به دیواره های راهگاه بار ریز.

بدیهی است تمام روش های فوق الذکر در حالت های معین و خاصی به کار می روند و تشخیص استفاده هر کدام از این تکنیک ها وابستگی به مواردی از قبیل نوع مواد جوانه زا، اندازه ان و … دارد البته بعضی از این روش ها دارای کاربرد های محدودتری هستند.

جوانه زنی

هنگامی که یک ذره جامدوپایداردرمایع مذاب تشکیل شود به این عمل جوانه زنی (هسته سازی) می گوییم.هنگام تبدیل به فاز جامد انرژی داخلی ماده کاهش می یابد ، زیرا در دماهای پایین تر، فاز جامد پایدارتر از فاز مایع است. در همین هنگام سطوح مشترکی بین نطفه های جامد و مایع مذاب اطراف تشکیل می شود که این عمل نیازمند انرژی است. به همین علت جوانه زنی در دمایی که قدری کمتر از نقطه ذوب تعادلی فلز است، شروع می شود. به اختلاف بین دمای نقطه ذوب و دمای شروع جوانه زنی، فوق تبرید می گویند.

دربیشترکارگاه های بزرگ ریخته گری قبل ازریختن مذاب به درون قالب مقداری ناخالصی به آن اضافه می کنند ( به این عمل تلقیح یا پالایش دانه نیز می گویند). دلیل این کار این است  که در این حالت انجماد بدون ایجاد یک فصل مشترک کامل گرد هسته صورت می گیرد.معمولا جداره های داخلی قالب و ذرات جامدی که به عنوان ناخالصی وارد مذاب شده اند، این سطوح را تشکیل می دهند. از آنجا که هر جوانه به بلور یا دانه ای در قطعه ریختگی منجر می شود و از طرفی ساختار ریز دانه دارای خواص مکانیکی و استحکام بهتری است، لذا هر عاملی که موجب هسته گذاری شود موجب بالا رفتن کیفیت محصول نهایی می شود. در نتیجه ذرات جامد ناخالصی مکانهای زیاد مناسبی برای جوانه زنی در سرتاسر قطعه به وجود می آورند و در نتیجه محصول ریزدانه و یکنواخت به دست می آید.

ترکیب شیمیایی مواد جوانه زا

از نظر بسیاری از محققین ترکیبات پایه سیلسیم خالص تاثیری در جوانه زایی نداشته و تاثیر انها بخاطر عناصری مثل Ba،Ni،Mn،Sr،Al،Ca و…می باشند. لذا ضروری است به منظور اجتناب از تاثیرات مضر این عناصر مقدار ان ها کنترول شود.

باید متمرکز شد که این عناصر قابلیت ترکیب بالایی با اکسیژن داشته و در نتیجه تاثیر جوانه زانی خود را بعد از اکسید شدن از دست می دهند.

برای رسیدن به بازدهی ماکزیمم، مقدار جوانه زا بایستی در حد بهینه انتخاب شود. مقادیر کمتر یا بیشتر دارای تاثیر کمی می باشند.بسته به نوع جوانه زای به کار رفته و روش اضافه کردن ، مقادیر پیشنهادی بین ۰۴/۰ تا ۸/۰ درصد می تواند متغیر باشد. البته باید توجه داشت که ترکیب شیمیایی اولیه مذاب طوری تنظیم شود که بعد از اضافه کردن مواد جوانه زا ترکیب مورد نظر به دست اید.

درهنگام تلقیح، ویا بلافاصله از ان، چدن در حالت فوق تلقیح است اما در اثر گذشت زمان مواد جوانه زای اضافه شده ، خاصیت خود را از دست داده یا به اصطلاح میرا می شود. مشخصات میرایی جوانه زا، فاکتور مهمی در خاصیت تلقیح ان است.

جوانه زاهای تجاری مورد استفاده معمولا به صورتدانه های ریز به منظور انحلال سریع و یکنواخت تهیه می شود. به طور کلی اندازه مواد جوانه زا در زمان انحلال و میرایی ان تاثیر مستقیم دارد و برای روش های مختلف تلقیح یکسان نمی باشد.

تشکیل جوانه را می توان تشکیل یک فاز جدید در یک محصول مشخص که از محیط اطرافش جداشده است، تعریف کرد. در جریان انجماد جوانه های جامد در فاز مذاب تشکیل شده و ان قدر رشد می کنند تا تمام حجم مذاب به شکل جامد دراید.

رشد

رشد وقتی صورت می گیرد که گرمای نهان ذوب به طور پیوسته از فاز مایع خارج شود.جهت، آهنگ و نوع رشد با با نحوه خارج کردن حرارت از فاز مایع ارتباط دارد. برای جبران نقیصه انقباض ، ماده مذابی که در طرف مایع وجود دارد، به طور پیوسته به طرف قالب جریان می یابد. هرچه آهنگ سرد کردن سریع تر باشد، ماده حاصله ریزدانه تر و در نتیجه دارای خواص مکانیکی بهتری خواهد بود.

روش های شکل دهی فلزات

تمام  اجسام فلزی اطراف ما  توسط یکی از روش های شکل دهی فلزات ساخته شده اند.

امروزه شکل دهی فلزات به عنوان یکی از روش های مهم ساخت و تولید قطعات محسوب می شود. از این رو شناخت هر چه دقیق تر آن، صنعت گران را به سمت تولید قطعات با کیفیت بالاتر سوق می دهد. توانایی تغیر شکل دائمی فلزات یکی از اصلی ترین  ویژگی های آنها به حساب می آید.تولید ورق ، سیم ، مفتول ، تیر آهن ، میل گرد، لوله ، و به طور کلی شکل دهی فلزات مدیون این قابلیت است . با توجه به اینکه شکل دادن فلزات مهمترین روش ساخت و تولید فلزات است ، آشنایی کامل با این روش بسیار ضروری است.

نورد:

در این روش تغییر شکل پلاستیک فلز از طریق عبور آن از بین غلتک ها صورت می گیرد . تاریخ نورد ، به شکل امروزی آن ولی به صورت بسیار ساده تر به آغاز سده ی هفتم میلادی بر میگردد . به این صورت که دو غلتک چدنی ، در یک چهار چوب چوبی قرار داده می شد و فلز هایی مانند قلع و سرب را نورد می کردند . هرچند بیش از این ، از غلتک ها برای صاف کردن و فشردن مواد استفاده میشد.

پس  از آن کوشش شد از غلتک های بزرگ تر و سنگین تر استفاده شود و    گشتاور لازم برای به چرخش در آوردن آنها به وسیله ی نیروی اسب ویا پره های آبی تامین شود . ایده ی ایجاد شیار روی غلتک ها ، به منظور شکل دادن به مقاطع میله ها و تیرها نیز به همین دوران بر میگردد

قفسه های دو غلتکه  به سرعت مسیر تکاملی خود را طی کردند و علاوه بر فلزات نرم نورد گرم فولاد نیز امکان پذیر شد.  پس از پیدایش ماشین بخار و از بین رفتن مشکل تامین نیرو ، قفسه های نورد بزرگتر شدند و موتور هایی با توان بسیار بالا ، در اندازه ی ۱۵۰۰۰ اسب برای نورد های سنگین شمش های فولادی به کار گرفته شدند.

نورد یکی از رایج ترین و متداول ترین  روش های شکل دهی فلزات است ، به طوری که بیش از ۸۰ % از فراورده های فلزی در سطح جهان با این روش تولید می شوند. از مازیای این روش  ظرفیت تولید بالای آن است ، بطوری که می توان روزانه چند صد تن فلز را نورد کرد . محصول نورد ممکن است فراورده ی پایانی ویا مراحلی از شکل دادن فلز باشد . از جمله محصولات نورد می توان به آنواع ورق ، تیر آهن ، میلگرد ، پروفیل اشاره کرد.

شکل دادن نوردی پیوسته به روش شکل دادن تسمه نوارها گفته می شود.این فرایند عملا ً اتوماتیک است.عمل ساخت ابزار و آماده سازی مناسب ماشین آلات تنها یک بار انجام می شود. در شکل دادن نوردی پیوسته هزینه های حمل،قدرت وآزمایشگاهی به نحو قابل توجهی کمتر از هزینه های شکل دادن با اهرم پرسی است. با این وجود،به علت ابزارکاری گران شکل دادن نوردی اقتصادی نیست مگراینکه تولید مورد لزوم بزرگتر از حدود ۲۵۰۰۰ فوت طولی باشد. هنگام شکل دادن نوردی پیوسته،تسمه نوار بایستی از درون تعدادی از غلتکها عبور کند.هر کدام از غلتکها نقش مهمی در ایجاد شکل نهایی بازی می کنند. برای اینکه تسمه نوار اندکی کشیده شود ،قطر غلتکها که معمولاً حدود ۵ اینچ است ، به هنگام پیشرفت نوار به اندازه ۵/۰ تا ۱ در صد افزایش می یابد. بازگشت فنری به وسیله زیاد خم کردن وسپس بازگشت خمشی به شک مورد نظر کنترل می شود.

 

تصویری از نورد که از ان برای تولید ایرانت فلزی استفاده می شود

تصویری از نورد که از ان برای تولید ایرانت فلزی استفاده می شود

غلتکها باید طوری طرح شوند تا از سختکاری مفرط تسمه در هر عبور (کالیبر)

جلوگیری شود.

نمونه هایی از قطعات نوردی پیوسته عبارتند از:

لوله درزدار،اجزاء قاب پنجره و غربال،کناره های چرخ دوچرخه ، قالب فلزی

شکل دادن با بستر لاستیکی

در شکل دادن با تشک لاستیکی، قطعه کار را بین ماتریس پایینی و یک تشک لاستیک لایه ای در یک ظرف متصل به کوبه بالایی نگهداری می شود. تحت فشار ۱۰۰۰تا ۲۰۰۰ ،لاستیک باسانی جریان پیدا می کند ،و با اعمال نیروی هیدرو دینامیکی صفحه خام در اطراف ماتریس شکل می گیرد.

مارفرمینگ

مارفرمینگ، برای کشش های عمیق تر از فرایند تشک لاستیکی و دارای چین خوردگیکمتر به کار می رود.فشار نگه دارنه قطعه خام بطور اتوماتیک بوسیله سیال هیدرولیکی تنظیم می شود.

فرایند هیدرو فرم

فرایند هیدروفرم برای کشیدن عمیق قطعات دارای اجزاءتیز مناسب است.

در این فرایند از یک دیافراگم پلاستیکی خم شویی استفاده می شود که بوسیله فشار روغن تقویت می شود.سر پوش گنبدی شکل پایین آورده می شود تادیا فراگم بتواند قطعه کار نشده را بپوشاند و سپس فشار اولیه روغن اعمال می شود. وقتی سنبه بال آورده می شود فشار روغن فلز را شکل می دهد.

شکل دادن هیدرو دینامیکی

تصویری از یک دستگاه برای شکل دادن هیدرودینامیکی

تصویری از یک دستگاه برای شکل دادن              هیدرودینامیکی

شکل دادن هیدرو دینامیکی ،همراه با مارفرمینگ و هیدرو فرمینگ فرایند های انحصاری هستند.

شکل دادن هیدرو دینامیکی ،از فشار روغن یا آب استفاده کرده بر قطعه کار نشده نیرو اعمال می کند و آن را به شکل محفظه قالب در می آورد.این فرایند تنها برای شکل دادن قطعات تو خالی بکار می رود ولی آنچه را که در سایر روشها ممکن است به چندین مرحله نیاز داشته باشد ، این فرایند در یک عمل تمام می کند.

شکل دادن انفجاری

شکل دادن انفجاری از انرزی ذخیره شده در مواد منفجره شیمیایی استفاده می کند.

 

تصویری از شکل دهی به روش انفجار

تصویری از شکل دهی به روش انفجار

در فرایند مذکور یک بار منفجره در تانک آبی که محتوی قطعه کار وا ماتریس است منفجر می شود.

موجهای ضربه ای حاصل از انفجار در سراسر مایع منتشر می شوند و با نیروی کافی به قطعه کار ضربه وارد کرده آن را درون ماتریس داخلی یا مادگی می رانند .

شکل دادن الکترو هیدرولیکی

شکل دادن الکتروهیدرولیکی از خیلی جهات شبیه به شکل دادن انفجاری است با این تفاوت که نیرو از تخلیه یک گرو خازن دارای ولتاز زیاد واقع در زیر آب به دست می آید.این تخلیه بین دو الکترودی صورت میگیرد که ممکن است در بعضی موارد به وسیله یک سیم تحت کشش قرار داشته باشند. هنگام تخلیه سیم یا آب یونیزه

می شود.انبساط بخار فلز یا مایع یونیزه شده یک ضربه فشاری قوی ایجاد می کند

که بطور شعاعی به طرف خارج حرکت کرده ،قطعه کار را تغییر شکل می دهد.

شکل دادن چرخشی مرسوم

شکل دادن چرخشی مرسوم ضخامت دیواره ماده را تغییر نمی دهد. این ماده در معرض تنشهای کمپرس سختکاری قرار می گیرد .بسیاری از قطعاتی که باش کل دادن چرخشی مرسوم تولید می شوند ممکن است با کشیدن نیز ساخته شوند ، انتخاب بین این دو فرایند به خواص ماده،کمیت تولید ، هزینه های ابزار،و پرداخت سطحی نیاز دارد.

شکل دادن چرخشی برشی

شکل دادن چرخشی برشی از تکنیک شکل دادن چرخشی استفاده می کند ولی متضمن فشردن و اکسترود کردن شدید فلز نیز می شود . کاهش ضخامت صفحه خام در فولاد کم کربن تا ۹۰ درصد گزارش شده است . کاهش ضخامت با سرد کاری و تغییرات بعضی از خواص فلز همراه است.مزیت اصلی این فراین آن است که قطعات بزرگ وسنگین دارای متقارن چرخشی میتوانند در یک زمان کوتاه با اتلاف فلز کم  وبا خواص مکانیکی بهتر تولید شوند. از موارد استعمال اصلی شکل دادن برشی می توان تولید قطعات فضایی نظیر قطعات ریختگی برشی در تولید ریختگی موتورراکت و مخروطهای دماغه موشک را نام برد.

اوسفرمنیک(شکل دادن اوستنتی )

نوعی عمل گرم کاری جدید که نوید بیشتری برای تولید قطعات فولادی پر استقامت می دهد،فرایند اوسفرمینک باشکل دادن اوستنیتی است .

اوسفرمینک ترکیبی از فرایندهای گرمکاری و عمل آوردن حرارتی است که برای بهبود سفتی، مومت کششی ،قابلیت انعطاف و سختی فولادهای معین طرح شده اند.اصولاً فرایند اوسفرمینک عبارت است از گرم کردن قطعه کار تا درجه حرارت اوستنتی شدن ،کار کردن برروی آن در فاز اوستنتی تاشکل مورد نظر ،و به دنبال آن آب دادن برای تکمیل عمل تبدیل به مارتیزیت . به طور کلی دمای اوسفرمینک اولیه حول F1000 دور می زند.چون فلز در حال عمل تغییر شکل سرد می شود لذا قبل از اینکه عمل تبدیل مارتنزیتی شروع شود بایستی همه عملیات کار کردن کامل شده باشند. فرایند فلزهای فلزکاری که در عملیات اوسفرمینک بکار می روند عبارتند از :

نورد ،اکستروزن ،شکل دادن چرخشی برشی،شکل دادن انفجاری،و غیره

فولادهایی که میتوانند بنحو موفقیت آمیزی به روش اوستنیتی تغییر شکل حاصل کنند آنهایی هستند که دیاگرام T_I دارای یک منطقه اوستنتی هستند. به طور کلی فولادی که اوسفرم می شود بایستی حد اقل ۱۰/۰ درصد کربن داشته باشد.از عواملی که مربوط به شیمی فولاد می شوند می توان پارامترهای زمان و درجه حرارت را نام برد. تبدیل ازاوستنیت به پرلیت در بالاتر از F 1100 نسبتاً سریع رخ می دهد . بنابراین، عمل گرمکاری بایستی نسبتاًبه سرعت کامل شود. درجه حرارت اوسفرمینک بر اساس نسبتهای مقاومت سیلان و مقاومت کششی که به نوبه خود به درجه حرارت مربوط می شوند ،انتخاب می گردد .

درجه حرارت های بالا ترنیرو های گرمکاری و نیز مقدار زمان مجاز برای تکمیل عمل را کاهش می دهد. وقتی که فولاد در درجه حرارت های اوسفرمینک پایین تر تغییرشکل زیادی می یابد،افزایش بسیار شدیدی در مقاومت فولاد ایجاد می شود .

اکستروزن Extrusion

اکستروزن فرایندی است که بوسیله آن می توان قطعات واشکالی را تولید کرد که تقریباً با هر روش ساخت دیگر غیر ممکن است . اکستروژن یکی از جوان ترین فرآیند های شکل دهی فلزات محسوب می شود. به طوریکه اولین فرآیند مربوط به اکستروژن لوله های سربی در آوایل قرن نوزدهم است . به طور کلی  اکستروژن برای تولید اشکال با سطح مقطع نا منظم به کار گرفته می شود ، اگرچه میله های استوانه ای یا لوله های تو خالی از جنس فلزات نرم می توانند با استفاده از این روش تغییر شکل یابند.

در اکستروزن، بیلتی (شمشال) با سطح مقطع مدور را وارد استوانه ای جدار ضخیم کرده و به وسیله یک پتک یا سنبه پرس می کنند .سپس این فلز را تحت تاثیر نیروی زیاد وارد سوراخ حدیده ماشین کاری شده نموده و به شکل دلخواه بیرون می آورند. بسیاری از فلزات آهنی که اکسترود می شوند عبارتند از:

آلومینیم ، سرب ، روی و قلع. بعضی از فولاد ها نیز اکسترود می شوند ولی به علت بالا بودن دماهای مورد نیاز ، حدیده و مواد آستری مخصوصی نیاز دارند. فولاد گرم را اکثراً قبل از اکستروزن در شیشه پودر شده نورد می کنند و میگذارند تا شیشه ذوب شده بصورت یک ماده روان کننده ( ضد اصطکاک )از سایش حدیده بکاهد.

 اکستروژن به دو دسته ی اکستروژن مستقیم و اکستروژن غیر مستقین انجام می شود.

فرآیند اکستروژن بر حسب دما به دو دسته ی گرم و سرد تقسیم بندی می شود.

کشش (Drawing)

عملیات کشیدن به فرایندی که در آن فلز از درون قالب به وسیله ی نیروی کششی ، خارج شود اطلاق می شود .

بیشتر سیلان فلزدرون قالب توسط نیروی فشاری که از اثر متقابل فلز با قالب ناشی می شود ، صورت می گیرد . معمولا قطعات با تقارن محوری توسط فرآیند کشش تغییر شکل می بابند.

تصویری از کشش برای شکل دادن فلزات

تصویری از کشش برای شکل دادن فلزات

 

کشش سیم و کشش مفتول

کاهش قطر یک سیم ، میله یا مفتول تو پر در اثر کشیدن به کشش سیم ، میله ، یا مفتول مشهور است. عملیات کشیدن معمولا به شکل سرد انجام میشود.

هرگاه یک تسمه ی فلزی از میان یک قالب گوه ای شکل با شیب یکسان به سوی خط مرکزی کشیده شود ، به این فرآیند کشش تسمه گفته می شود.

کشیدن میله، مفتول، یا سیم

 اصولی که در کشیدن میله،‌ مفتول یا سیم به کار گرفته می شوند،‌ یکسان هستند. با این تفاوت که مفتول­ها و میله­هایی که نمی توانند کلاف شوند روی میزهای کشش تولید می شوند. در حقیقت گیره­های فک کشش مفتول را گرفته و به وسیله­ی یک مکانیزم هیدرولیکی حرکت می کنند. سرعت میزهای کشش می تواند تا حدود ۱۵۰ سانتی متر بر ثانیه و کشش میزها تا حدود ۱۳۵ متغییر باشد.

تصویری برای کشش سیم و میله

تصویری برای کشش سیم و میله

 امروزه جهت انجام فرایند کشش سیم از تجهیزات مختلفی استفاده می شود. در بعضی از کارگاه­های شکل دهی این فرایند به ساده­ترین وجه صورت می پذیرد. واضح است که با این روش توانایی نازک کردن مفتول و یا سیم های ضخیم وجود ندارد. اگر چه این روش در بسیاری از کارگاه های شکل دهی مرسوم است ولی در صنعت کاربردی ندارد.

قالب های کشش

برای تولید سیم طی فرایند کشش از قالب یا حدیده های کشش استفاده می شود. زاویه ی ورودی قالب آنقدر بزرگ است که فضای مناسبی برای ورود سیم و روان ساز به وجود آورد. در حقیقت،‌ نقش اصلی در کشش را طول تماس سیم با قالب که ارتباط مستقیم با زاویه ی قالب دارد، ‌بازی می کند. دهانه­ی ورودی و خروجی قالب به صورت استوانه است. نقش این دو قسمت ورود و خروج سیم است. از آنجا که تمام تغییر شکل در قالب صورت می پذیرد،‌ نیروهای وارد شده به قالب زیاد است. به این دلیل امروزه بیشتر قالب های کشش با طول عمر بالا را از جنس کاربید تنگستن می سازند.

 کشش تسمه 

تسمه یکی از محصولات نورد تخت است که پهنایی کمتر از ۶۱۰ میلی متر و ضخامت بین ۱۳/۰ تا ۷۶/۴ میلی متر دارد. تسمه های پس از نورد داغ، ‌عملیات آنیل و سپس اسیدشویی،‌ نورد سرد می شوند. بسته به میزان ضخامت درخواستی نورد سرد در چند مرحله انجام می شود. هرگاه یک تسمه ی فلزی با پهنای  و ضخامت اولیه  از میان یک قالب گوه­ای شکل با شیب یکسان به سوی خط مرکزی کشیده شود، ‌به این فرایند کشش تسمه گفته می­شود. با این که کشش تمسه فرایند تولید متداولی نمی باشد،‌ ولی مسئله ای است که در مکانیک نظری فلزکاری در باره آن مطالعات زیادی شده است. از آنجا که  است لذا در حین کشش حالت کرنش صفحه ای به وجود می آید و پهنای تسمه تغییر نمی کند.

 کشش لوله

لوله­ها یا استوانه های توخالی که توسط فرایندهای شکل­دهی مانند اکستروژن و نورد تولید می شوند معمولا توسط فرایند کشیدن به شکل نهایی در آمده و پرداخت سطح می شوند. اگر چه هدف اصلی از این فرایند کاهش قطر و ضخامت لوله است،‌ ولی در موارد نادری افزایش ضخامت نیز ایجاد می شود. به طور کلی می توان فرایند کشش لوله را به چهار دسته کشش لوله بدون توپی،‌ کشش لوله توسط سمبه، کشش لوله توسط توپی شناور تقسیم بندی کرد. در کلیه ی این روشها یک انتهای لوله‌، با پرس کاری توسط دو فک نیم گرد باریک می شود و این انتهای باریک شده از قالب کشش عبور داده و توسط ابزاری که روی کالسکه دستگاه بسته شده محکم گرفته می شود. سپس کالسکه­ی کشش لوله را از داخل قالب بیرون می کشد.

 کشش لوله بدون میله توپی 

در فرایند کشش لوله بدون توپی که در مواردی به آن فروکش نیز اطلاق می شود، ‌لوله از داخل تکیه گاهی ندارد و با نیروی کششی از درون قالب کشیده می­شود.از نکات برجسته در­این روش افزایش ضخامت لوله،‌ کاهش قطر و سطح داخلی غیر یکنواخت لوله پس از عمل فروکشی است.

 کشش لوله توسط توپی ثابت 

توپی ها قطعات خیلی سختی هستند که تحت تاثیر تنش تغییر شکل نمی دهند. این قطعات برای ثابت نگاه داشتن قطر داخلی لوله در هنگام کشیده شدن از قالب درون لوله گذاشته می شوند. توپی ها ممکن است استوانه ای و یا مخروطی باشند. توپی،‌ شکل و اندازه ی قطر داخلی را تحت کنترل دارد و لوله هایی که از این طریق کشیده می شوند، ‌دقت ابعادی بالاتری نسبت به فرایند فروکشی دارند که  در آن از توپی استفاده نمی شود.

کشش لوله توسط توپی شناور 

همان گونه که قبلاً گفته شد استفاده از توپی های ثابت محدودیت هایی را به وجود می آورند. برای رهایی از این محدودیت­ها از توپی شناور (غیر ثابت) استفاده می شود. در حقیقت در این فرایند توپی وارد لوله شده و به همراه لوله از درون قالب عبور می کند. توپی در اثر اصطکاک با لوله و عدم امکان خارج شدن از درون قالب، در جای خودش مستقر می شود. ولی از آنجا که انتهای آن به جایی بسته نشده است، هنگامی که اصطکاک در اثر سیلان ماده بشدت افزایش یابد، ‌حرکت کوچکی در سر جای خود خواهد کرد این حرکت جزیی مانع چسبیدن توپی به لوله می شود. اگر چه در این فرایند هنوز اصطکاک یکی از مشکلات عمده است،‌ ولی این توپی­ها می توانند تا ۴۵ درصد کاهش سطح مقطع ایجاد کنند، در حالی که این عدد برای توپی های ثابت به ندرت از ۳۰ درصد تجاوز می کند. با توجه به پایین تر بودن نیروی مزاحم اصطکاک،‌ به نیروی کششی کمتری در مقایسه با کشیدن لوله با توپی ثابت نیاز است.از ویژگی­های مهم استفاده­از توپی های شناور برای کشیدن لوله، ‌کشیدن و کلاف کردن لوله های بلند می باشد.

کشش لوله توسز سنبه ی متحرک 

هدف از انجام این فرایند کاهش ضخامت و افزایش طول لوله است و سعی می شود که قطر لوله تغییر جدی پیدا نکند. بدین منظور قبل از وارد کردن لوله به قالب بک میله صلب (سنبه) در آن وارد می شود و لوله و میله ی صلب همزمان از درون قالب عبور می کند. در کشیدن لوله با سنبه متحرک، ‌قستی از نیروی کشش توسط نیروی اصطکاک تامین می شود. چون سنبه با سرعتی معادل سرعت خروج لوله از قالب حرکت می کند و این سرعت از سرعت فلز محبوس در مجرای قالب بیشتر است؛‌ بنابراین یک نیروی اصطکاکی مقاوم به حرکت سنبه جلو، در سطح مشترک بین سنبه و لوله وجود دارد. اگر چه نیروی اصطکاکی دیگری که در سطح مشترک بین لوله و قالب ثابت ایجاد می شود و به سمت عقب است وجود دارد.

آهنگری (Forging)

آهن گری کار بر روی فلز به منظور تبدیل آن به یک شکل مفید توسط پتک کاری و یا پرس کاری می باشد .

 آهنگری از قدیمی ترین هنر های فلز کاری نحسوب می شود و منشا آن به زمان های بسیار دور بر میگردد. در حقیقت در چندین هزار سال پیش فلزاتی مانند نقره و طلا بدون استفاده از قالب ، آهنگری می شدند.  اما از ۲۰۰۰ سال پیش استفاده از قالب جهت آهنگری قطعات مرسوم گردید. تولید ماشن آلات و جایگزینی آن با بازوی آهنگر از دوران انقلاب صنعتی آغاز گردید.

مزایای روش ریخته گری در مقایسه با سایر روش های تولید:
برای شکل دادن مواد و تولید قطعات ، روش هایی از قبیل ماشینکاری ، آهنگری ، جوشکاری ، پرسکاری ، نورد گرم وجود دارند . روشهای شکل دادن فلزات را به طور کلی میتوان به پنج دسته تقسیم نمود:

    • روش مکانیکی
    • روش اتصال فلزات

روش ماشینکاری

  • روش متالوژی پودر
  • روش ریخته گری

خصوصیات روش های فوق را می توان به طور خلاصه چنین برشمرد:

روش مکانیکی

در این روش فلز در حالت جامد توسط تغییر شکل الاستیکی ناشی از نیروی وارد بر آن شکل می پذیرد . این تغییر شکل فلز در درجه حرارت های بالا یا پایین درجه حرارت کریستالیزاسیون می تواند صورت گیرد ، که عمل را کار گرم یا کار سرد نامند.

ابتدا از فلز مورد نظر شمش ( ingot) یا شمشال (billet) به روش ریخته گری تهیه شده و سپس این شمش که قابلیت تغییر شکل الاستیکی دارد تحت عملیات نورد گرم یا اکستروژن قرار می گیرد . در روش آهنگری نیز که یکی از روش های شکل دادن مکانیکی است ، ابتدا فلز مورد نظر تهیه شده و تا دمای لازم گرم می شود و سپس تحت نیروی فشاری وارد بر آن شکل قالب مورد نظر را به خود می گیرد.
روش اتصال فلزات
در این روش برای ساخت یک قطعه ابتدا اجزاء و قسمت های مختلف یک قطعه تهیه شده و سپس این اجزای کوچک توسط عملیات جوشکاری ، پرچکاری و یا توسط پیچ کردن به یکدیگر متصل می شوند.
روش ماشینکاری
در این روش برای ساخت ، ماده اولیه لازم به اشکال ساده انتخاب شده و توسط انواع ماشین های تراش ، عملیات ماشینکاری بر روی آنها صورت می گیرد .
این روش ضمنا ً یک عملیات تکمیلی نهایی برای بالا بردن دقت ابعادی قطعاتی است که از طریق سایر روش ها تولید شده اند.
روش متالوژی پودر
در این طریقه پودر فلزات در یک قالب تحت فشار ، فشرده شده و سپس محصول را به دمای زینتر رسانیده و قطعه مورد نظر تهیه می شود . این روش به جای روش ریخته گری برای فلزات با نقطه ذوب بالا به کار می رود و به منظور تهیه آلیاژهای سخت که ابزارهای برشی از آنها تهیه می شوند نیز مورد استفاده قرار می گیرد.
روش ریخته گری
این روش امروزه به طور گسترده جهت تهیه قطعات صنعتی به کار می رود . اکثر قطعات صنعتی یا جزئی از آنها از این طریق ساخته می گردد و پیشرفت روز افزون تکنولوژیکی این رشته در قرن اخیر باعث امکان افزایش تولیدات و گسترش روش های مختلف آن گردیده است.

انتخاب روش ریخته گری برای تهیه قطعات به علت مزایا و برتری هایی است که این روش در بسیاری موارد بر دیگر روشها دارد.
مزایای روش ریخته گری را می توان به دو بخش مزایای تکنیکی و مزایای اقتصادی تقسیم بندی کرد:
الف – مزایای تکنیکی
۱-روش ریخته گری ساده ترین راه در صنعت برای تبدیل سریع یک طرح به قطعه مورد نظر می باشد.
۲-امکان تهیه قطعات کوچک و بزرگ از چند گرم تا چند تن وجود دارد.
۳-امکان تهیه قطعات از جنس آلیاژهایی که به دلیل خصوصیات فلزی ، تولید آنها با روش های دیگر امکان پذیر نیست.
مهم ترین مثال دراین مورد تهیه چدن ها است که به طور گسترده ای مورد استفاده دارد و برخی انواع آن مثل چدن با گرافیت کروی ( چدن داکتیل یا نرم ) در بعضی موارد حتی جانشین فولاد شده است .
در ریخته گری چدنها فاز گرافیت در زمینه پرلیت یا فریت ظاهر می شود که بعضی خواص چدنها مثل قدرت جذب ارتعاش ( damping capacity‌‌) و نیز خاصیت روغنکاری در قطعاتی مثل یاتاقانها مستقیما ً بدان مربوط می شود . در حالیکه تولید قطعه با روش های دیگر چنین شرایطی پدید نخواهد آمد . اگر قطعه به طور کنترل شده و صحیح ریخته شود خواص آن در جهات مختلف یکسان بوده و خاصیت ایزوتروپی دارد ، در حالی که قطعات حاصل از روش های مکانیکی دارای خاصیت ان ایزوتروپی  در جهات مختلف هستند.
۴-امکان انتخاب و کنترل ترکیب شیمیایی ماده مذاب ، طرح قطعه و نحوه سرد کردن آن وجود دارد . در نتیجه می توان قطعه ای با خواص مکانیکی مطلوب تولید نمود.
امکان تولید قطعات به تعداد زیاد وجود دارد . تولید انبوه ۵-)mass production) )ریخته‌گری بسیار مناسب می باشد و در اسرع وقت می توان به تعداد زیاد از یک قطعه تولید نمود . به کار بردن قطعات ریختگی در صنایع ماشینی موید این واقعیت است.

۶- امکان ساخت و تولید اجسام و قطعات پیچیده وجود دارد
قطعات پیچیده ای در صنعت مورد نیازاند که تولید آنها اساسا ً با روش های دیگر امکان پذیر نمی باشد ، یا با صرف هزینه ای بسیار زیاد و مشکلات فراوان روبروست . این مطلب به خصوص در مورد قطعاتی که دارای طرح های پیچیده در داخل و خارج هستند ، مثل پروانه های پمپ و توربین ها ، صدق می کند.
۷-امکان ساخت چند قطعه متشکل یکپارچه وجود دارد
با استفاده از روش ریخته گری می توان قطعاتی تولید کرد که قسمت های مختلف آن از آلیاژهای متفاوت تشکیل شده باشد . مثلاً یک چرخ دنده حلزونی از جنس آلیاژ برنز را می توان تهیه نمود در حالیکه توپی داخل آن یعنی محل  تماس آن با محور مربوطه از جنس فولاد باشد.
ب – مزایای اقتصادی
۱ -صرفه جویی در تهیه یک قطعه ریخته شده
هرگاه یک قطعه جانشین قطعات کوچکتر شود ، مخارج مونتاژ ، حمل و نقل ، انبار و اتلاف صرفه جویی خواهد شد.
۲-صرفه جویی در مصالح از نظر وزن قطعه
طراح می تواند ضخامت نقاطی از جسم را که تحت نیرو یا فشار قرار نمی گیرد توسط ماهیچه گذاری و راه ها ی دیگر کاهش داده و از نظر فلز به کار رفته صرفه جویی صورت گیرد.
مواد مذاب در آنجا که لازم باشد مورد استفاده قرار گرفته و در قسمت هایی که لازم نباشد توسط ماهیچه از ورود آن جلوگیری می شود و بدین ترتیب در وزن مذاب صرفه جویی می شود.
برای ساخت موتور دیزل ، روش ریخته گری از نظر وزن ۱۴ درصد و از نظر مخارج ۵۳ درصد با صرفه تر از طرق دیگر بوده است.
۳-صرفه جویی در مخارج تهیه جسم از طریق حذف عملیات تکمیلی.
سوراخ ها ، محفظه های خالی یک قطعه در روش ریخته گری با تعبیه ماهیچه در قالب ایجاد می گردد و بدین ترتیب مخارج لازم برای عملیات ماشینکاری تکمیلی حذف و یا کاهش می یابد  در روش های دیگر مثل فورجینگ ، جوشکاری ، انجام این عمل مستلزم مخارج زیاد است.
۴-زمان طراحی جهت تهیه قطعه از راه ریخته گری کوتاه تر از زمان مربوطه در روش های دیگر می باشد .زیرا مدلی که ساخته می شود برای تولید تمام محصول مورد استفاده قرار می گیرد.
با وجود مزایای روش ریخته گری فلزات ، این روش دارای محدودیت ها و معایبی نیز می باشد . مثلا ً دقت ابعادی قطعات در این روش کمتر بوده و در بهترین شرایط تولیدی ، صافی سطوح به صافی سطوح ماشینکاری نخواهد بود.
ایجاد استحکام زیاد در قطعه به علت وجود معایب ریخته گری امکان پذیر نبوده و اکثرا ً تهیه قطعات با جداره نازک با مشکلات و محدودیت هایی روبروست.
صنعت ریخته گری و انواع تقسیم بندی ها
در صنعت ریخته گری می توان تقسیم بندی هایی از نظر فلز مصرفی ، نوع تولید و در مراحل مختلف عملیات این روش تقسیم بندی هایی از نظر انواع مدل ، روش های قالب گیری ، روش های ذوب و تکنیک های مختلف ریخته گری در نظر گرفت.
فلز مصرفی در ریخته گری
از نظر نوع فلزی که ذوب گردیده و محصول آن تهیه می گردد ، می توان ریخته گری را به ریخته گری فلزات آهنی (ferrous) و ریخته گری فلزات  غیر آهنی (non ferrous) تقسیم بندی نمود.
تهیه قطعاتی از انواع چدنها مثل چدنهای سفید ، خاکستری ، مالیبل ، داکتیل ، و چدنهای آلیاژی ، یا از فولادهای ریختگی در گروه اول و تولیداتی از انواع آلیاژهای مس ، آلومینیوم ، منیزیم و غیره در گروه دوم قرار می گیرند.
تولید در ریخته گری
صنعت ریخته گری در اولین مرحله از نظر تولیدی به دو دسته بزرگ تقسیم می شود.
الف-ریخته گری شمش (ingot casting)
ب-ریخته گری شکل (shape casting)
شمش ها قطعات ریختگی هستند که مستقیما ً مورد استفاده صنعتی ندارند ، بلکه برای مصارف و استفاده در روش های دیگر مثل نورد ، اکستروژن ، آهنگری به منظور تهیه ورق ، لوله ، مفتول ، سیم و غیره به کار می روند .
شمشها را درریخته گری ها نیز مجددا ً می توان مورد استفاده قرار داد.

بنابراین تولید شمشها به دو منظور صورت می گیرد:
۱-تولید شمش ها در جهت استفاده در ریخته گری
۲-تولید شمش ها جهت استفاده در عملیات مکانیکی
شمش هایی که جهت استفاده در ریخته گری تولید می شوند معمولا ً در یک یا چند قالب دائمی ریخته شده و بعدا ً در کارگاه های ریخته گری مجددا ً ذوب و به کار برده می‌شوند.
انواع شمش های چدنی ، آلومینیومی ، مسی و غیره مواد اولیه لازم این کارگاه را تامین می کنند . در تولید شمش جهت استفاده در عملیات مکانیکی اندازه قالب بنابر مورد استفاده اهمیت دارد  و باید اندازه قالب ها دقیقا ً ساخته شده و با توجه به چگونگی مصرف آنها باشد.
تولید این گونه شمش ها با استفاده از دو نوع سیستم قالب های منفرد و سیستم قالب های مداوم می تواند صورت گیرد.
تولید انواع قطعات با شکل های مورد نظر در گروه دوم این تقسیم بندی قرار می گیرد . شکل دادن و تهیه قطعات فلزی می تواند با به کار گیری انواع قالب ها و تکنولوژی لازم انجام پذیرد.
قالب ها در ریخته گری

بر اساس نوع قالب مورد استفاده در ریخته گری می توان دو گروه اساسی را نام برد:
الف – قالب های موقت

ب – قالب های دائم
قالب هایی که به منظور تولید قطعه تهیه شده و به لحاظ جنس و شرایط مخصوص به خود فقط یک بار می توانند مورد استفاده قرار گیرند قالب های موقت خوانده می شوند . جهت خارج ساختن قطعه تولید شده این قالب ها را خراب نموده و محصول از آنها خارج می شوند.
مواد مصرفی جهت ساخت این قالب ها می تواند انواع ماسه یا مواد معدنی دیگر باشد . برخی از مواد مصرفی در این قالب ها مجددا ً می توانند برای ساخت قالب جدید به کار روند.

واکنش شما چیست؟
I like it
0%
interested
0%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
mostafa bohluli
دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید