دانش

این مقاله به طور خلاصه ویژگی‌های ساختاری، الزامات فنی و دشواری‌های تولید قطعات ریخته‌گری چدن داکتیل سنگین را شرح می‌دهد. این مقاله به تفصیل به روش‌های ریخته‌گری، روش‌های طراحی سیستم راهگاهی و روش‌های تولید این نوع ریخته‌گری می‌پردازد. ویژگی‌های فرآیند، مزایای تولید و دامنه کاربرد ریخته‌گری قالب جامد ماسه رزینی معرفی شده است. از طریق کنترل دقیق فرآیند، انتخاب مواد اولیه مناسب، فرآیندهای مناسب کروی‌سازی و تلقیح و تکنیک‌های پیش تصفیه ویژه در طول فرآیند تولید، می‌توان قطعات ریخته‌گری چدن داکتیل بزرگ با کیفیت بالا تولید کرد. این می‌تواند مرجع فنی برای فرآیند ریخته‌گری قالب جامد قطعات ریخته‌گری سنگین مشابه باشد.

کلمات کلیدی: ریخته‌گری چدن داکتیل سنگین؛ ریخته‌گری قالب جامد؛ فرآیند ریخته‌گری

فناوری ریخته‌گری مدرن، توسعه و بهبود آن را در جنبه‌های مختلفی مانند صرفه‌جویی در مصرف انرژی و مواد، کاهش آلودگی، بهبود دقت ابعادی ریخته‌گری، کاهش عیوب ریخته‌گری و سازگاری با توسعه آلیاژهای ریخته‌گری جدید تسریع خواهد کرد [1]. شرکت ما ظرفیت تولید سالانه 20,000،XNUMX تن قطعات چدنی (به استثنای لوله‌های چدن داکتیل گریز از مرکز) را دارد. ما همگام با توسعه صنعت ریخته‌گری پیش می‌رویم و به طور متوالی فرآیند ریخته‌گری (ماسه رزین فوران + قالب جامد طرح فوم) و فرآیند ریخته‌گری طرح فوم خلاء را توسعه داده‌ایم و فرآیند سنتی قالب‌گیری و مونتاژ هسته (الگوی چوبی + جعبه هسته چوبی) را با قالب جامد طرح فوم جایگزین کرده‌ایم.

قطعه چدن نشکن (QT500-7) که ما ساختیم، وزن ناخالص 18,350 کیلوگرم دارد، ابعاد بدنه اصلی (طول × عرض × ارتفاع) آن 3,650 میلی‌متر × 1,480 میلی‌متر × 1,230 میلی‌متر، ضخامت دیواره بدنه اصلی 100 میلی‌متر و ضخیم‌ترین قسمت آن 450 میلی‌متر است. شکل سطح مونتاژ نامنظم است و الزامات کیفی دقیقی دارد. پنج سوراخ کور با قطر 100 میلی‌متر و عمق 170 میلی‌متر و شش سوراخ سرتاسری با قطر 70 میلی‌متر و عمق 540 میلی‌متر وجود دارد. مقدار سفارش دو قطعه است و سختی کلی ریخته‌گری نسبتاً زیاد است. ساختار قطعه در شکل 1 نشان داده شده است. شرکت ما ظرفیت تولید فرآیندهای ریخته‌گری قالب جامد با الگوی فوم خلاء، ماسه رزینی و الگوی فومی را دارد. پس از تجزیه و تحلیل و ارزیابی فرآیند، تصمیم گرفته شد که از فرآیند ریخته‌گری قالب جامد با الگوی فوم رزینی فوران + ماسه رزینی فوران برای تولید استفاده شود که از این پس به عنوان ریخته‌گری قالب جامد نامیده می‌شود. این امر می‌تواند زمان تحویل را تضمین کرده و هزینه‌های تولید را کاهش دهد.

شکل 1 نمودار ساختار سه بعدی

-------------------------------------------------- ---------------         

۱. طرح فرآیند ریخته‌گری جامد

ریخته‌گری توپر کاملاً با ریخته‌گری ماسه‌ای معمولی متفاوت است. مهم‌ترین ویژگی ریخته‌گری توپر این است که به جای الگوی چوبی از الگوی فومی استفاده می‌کند. در طول فرآیند طراحی الگو، تکنسین‌ها نیازی به در نظر گرفتن اعداد منفی جدایش، سرهای ماهیچه، موقعیت‌یابی و زوایای کشش برای باز کردن قالب ندارند. آنها فقط باید مقادیر مجاز ماشینکاری و میزان انقباض ریخته‌گری را اضافه کنند. فرآیند ساخت الگو ساده است. ابتدا الگو به چند قطعه تقسیم می‌شود و سپس قطعات به هم مونتاژ می‌شوند. الگوی مونتاژ شده دقت ابعادی بالایی دارد، از مواد اولیه کمتری در فرآیند ساخت الگو استفاده می‌کند و چرخه تولید بسیار کوتاه‌تری نسبت به الگوی چوبی دارد. در عین حال، عملیات قالب‌گیری را ساده می‌کند و قالب‌گیری، ماهیچه‌سازی و مونتاژ جداگانه قالب و ماهیچه را حذف می‌کند. راندمان تولید تا حد زیادی بهبود می‌یابد. با این حال، اگر فرآیند ریخته‌گری به خوبی در نظر گرفته نشود، ممکن است باعث ایجاد عیوب خاص ریخته‌گری توپر مانند چین و چروک، ناخالصی سرباره و تخلخل شود.

         

۱.۱ فرآیند الگوسازی

۱.۱.۱ الگوی فوم

الگوی فومی دقیقاً از نظر شکل و ساختار مشابه ریخته‌گری است. بر اساس نقشه قطعه، پس از اضافه کردن هزینه ماشینکاری و نرخ انقباض ریخته‌گری، یک مدل سه‌بعدی از الگو ایجاد می‌شود. سپس الگو به چندین ماژول تقسیم می‌شود تا برش و نگهداری تخته‌های فومی برای کارگران آسان باشد و همچنین مونتاژ تسهیل شده و دقت ابعادی الگوی مونتاژ شده تضمین شود. تخته‌های فومی مورد استفاده با حکاکی CNC و برش سیمی برقی برش داده شده و شکل داده می‌شوند و سپس با اتصال برای تشکیل الگو مونتاژ می‌شوند. برای اطمینان از اینکه الگو مقاومت فشاری و مقاومت در برابر تغییر شکل کافی دارد، تخته‌های فومی پلی استایرن با چگالی 20-22 گرم در لیتر انتخاب می‌شوند. الگوی مونتاژ شده به مدت 10-12 ساعت در یک کوره خشک‌کن مخصوص قرار می‌گیرد. دمای خشک‌کن معمولاً در دمای 45-55 درجه سانتیگراد کنترل می‌شود. پس از خشک شدن، الگو با دو لایه پوشش فومی چدنی پایه آب و یک لایه پوشش گرافیتی پایه الکل پوشش داده می‌شود. روش پوشش‌دهی غوطه‌وری است و ضخامت پوشش در 3-3.5 میلی‌متر کنترل می‌شود.

                 

۱.۱.۲ قالب هسته فومی تخصصی

قسمت میانی قطعه ریخته‌گری شده یک حفره بزرگ است. به دلیل شکل کلی بزرگ الگو، برای اطمینان از استحکام کافی در این قسمت در حین قالب‌گیری، یک قالب هسته فومی مخصوص با شکل دقیق حفره ساخته می‌شود. در حین قالب‌گیری، این قالب هسته فومی مخصوص به عنوان تکیه‌گاه پایینی برای افزایش استحکام الگوی کلی عمل می‌کند و تضمین می‌کند که الگو در حین فرآیند کوبیدن تغییر شکل ندهد. پس از ساخت قالب، جعبه برگردانده شده و قالب هسته فومی برداشته می‌شود. این قالب هسته فومی را می‌توان دوباره استفاده کرد.

      

1.2 طراحی فرآیند

قطعه ریخته‌گری شده دارای پروفیل بزرگ، ضخیم و سنگین است. از سیستم راهگاهی پله‌ای دو لایه و دو گروهی با ریختن از کف باز استفاده شده است. نواحی بحرانی محلی به آهن‌های خنک‌کننده خارجی مجهز شده‌اند تا از تخلخل انقباضی داخلی جلوگیری شود. اصل انجماد متعادل در طراحی فرآیند در نظر گرفته شده است. رایزرها و سوراخ‌های تهویه برای اطمینان از تغذیه، حذف سرباره و تخلیه گاز تنظیم شده‌اند.

 

1.2.1 طراحی سیستم دروازه

هنگام تولید قطعات ریخته‌گری چدن داکتیل ضخیم و بزرگ، کوتاه کردن زمان ریختن تا حد امکان برای کاهش شناور شدن گرافیت و تجمع آخال‌ها مفید است [3]. با تجزیه و تحلیل شکل و ساختار داخلی ریخته‌گری، یک سیستم راهگاهی پله‌ای باز دو گروهی اتخاذ می‌شود که به لایه‌های بالایی و پایینی تقسیم می‌شود. سیستم راهگاهی لایه پایینی عمدتاً برای پر کردن استفاده می‌شود، در حالی که سیستم راهگاهی لایه بالایی عمدتاً برای حذف سرباره، تخلیه گاز و تغذیه استفاده می‌شود. دو سیستم راهگاهی در دو طرف الگوی فوم توزیع شده‌اند. سیستم راهگاهی لایه بالایی در پایین رایزر بالایی قرار دارد که برای تخلیه گاز مساعد است و اجازه می‌دهد سرباره شناور در چدن مذاب و سرباره تولید شده توسط گازسازی فوم پلاستیکی به طور کامل به بالا شناور شوند و اثر تغذیه رایزر را تضمین کرده و نقص‌های آخال سرباره سطحی ریخته‌گری را از بین ببرند.

این ریخته‌گری یک قطعه چدنی سنگین است و زمان ریختن را می‌توان بر اساس ریخته‌گری چدن خاکستری محاسبه کرد:

t = S2L (1)

در فرمول، L نشان دهنده وزن کل فلز مذاب در قالب است که نرخ بازده 92٪ محاسبه شده و L برابر با 19,945 کیلوگرم در نظر گرفته شده است؛ S2 ضریب ضخامت دیواره است که برابر با 2.2 در نظر گرفته شده است؛ بنابراین، زمان ریختن t = 310 ثانیه است و برای دو سیستم ریختن، زمان ریختن 155 ثانیه در نظر گرفته شده است. زمان ریختن برای قطعات ریخته گری چدن داکتیل را می‌توان با روش محاسبه برای قطعات ریخته گری چدن خاکستری تعیین کرد و سپس با در نظر گرفتن زمان ریختن t = 1 ثانیه، آن را به 3/1 تا 2/1 کاهش داد [90]. طبق نمودار زمان ریختن برای قطعات ریخته گری چدن داکتیل بزرگ، زمان ریختن تأیید شده است و می‌توان مشاهده کرد که زمان ریختن انتخاب شده منطقی است.

طبق فرمول محاسبه سطح مقطع مسدود کننده جریان:

∑A_block = L / (0.31μPt) (2)

در فرمول: ضریب جریان μ برابر با 0.5، Hp برابر با 40 سانتی‌متر و L = 19945/2 = 9972.5 کیلوگرم در نظر گرفته شده است.

سپس، A_block = 9972.5 / (0.31 × 0.5 × 90) ≈ 113 سانتی‌متر مربع می‌شود. از آنجایی که حداقل بخش محدودکننده جریان در سیستم راهگاهی باز، اسپرو (sprue) است، یک لوله سرامیکی با قطر Φ120 میلی‌متر برای اسپرو از طریق محاسبه انتخاب می‌شود. نسبت سطح مقطع هر جزء سیستم راهگاهی به صورت A_sprue : A_transverse : A_inlet = 1 : (1.2 - 2.0) : (1.5 - 2.0) تنظیم می‌شود. بنابراین، سطح مقطع راهگاه عرضی به صورت 150 میلی‌متر × 120 میلی‌متر انتخاب می‌شود. سطح مقطع راهگاه ورودی به شکل ذوزنقه‌ای با دو گروه واحد انتخاب می‌شود که پایه بالایی ذوزنقه 110 میلی‌متر، پایه پایینی 140 میلی‌متر و ارتفاع 80 میلی‌متر است. نسبت سطح مقطع واقعی سیستم راهگاهی تقریباً برابر است با A_sprue : A_transverse : A_inlet ≈ 1 : 1.6 : 1.8. نمودار چیدمان سیستم راهگاهی در شکل نشان داده شده است. 2.

شکل 2 نمودار شماتیک سیستم ریختنt

 

۱.۲.۲ طراحی چیلرهای خارجی

برای قطعات ریخته‌گری با دیواره‌های ضخیم، از چیلرهای خارجی در نواحی بحرانی و ضخیم استفاده می‌شود تا از نقص‌های تخلخل ناشی از انقباض جلوگیری شده و انجماد متعادل حاصل شود. در طول تولید، تعداد دفعات استفاده از چیلرها باید به شدت کنترل شود. سطح چیلرها باید صاف و بدون زنگ‌زدگی یا سوراخ باشد [4]. قبل از هر بار استفاده، آنها باید شات‌بلاست شده و با یک لایه پوشش پایه الکل پوشش داده شوند. آنها باید بدون هیچ گونه شکافی محکم با سطح ریخته‌گری جفت شوند.

۱.۲.۳ طراحی رایزرها و تهویه

اصل طراحی: اطمینان حاصل کنید که نواحی ضخیم به طور موثر برای انقباض جبران می‌شوند. از آنجایی که قطعه ریخته‌گری یک قطعه ضخیم و بزرگ است، از رایزرهای جبرانی برای جبران انقباض استفاده می‌شود تا ریخته‌گری‌های باکیفیتی به دست آید [5]. ده رایز جبرانی با قطر 280 میلی‌متر و ارتفاع 400 میلی‌متر در دو طرف سطح بالایی ریخته‌گری قرار گرفته‌اند. رانر افقی بالایی و رانر داخلی از رایزرها عبور می‌کنند و به آهن مذاب داغ اجازه می‌دهند تا در رایزرها جمع شود و اطمینان حاصل شود که سرباره می‌تواند شناور شود و تخلیه شود، در نتیجه اثر ترکیبی جبران، حذف سرباره و تهویه حاصل می‌شود.

کانال‌های تهویه داخلی الگوی فومی و کانال‌های تهویه خارجی قالب، دو اقدام فرآیندی برای بهبود شرایط گاززدایی الگو و تسریع خروج کامل گازها از قالب هستند. برای ریخته‌گری‌های ضخیم و بزرگ، علاوه بر قرار دادن رایزرها روی سطح بالایی ریخته‌گری، می‌توان چندین کانال تهویه خارجی را در داخل قالب و در امتداد بیرونی الگوی فومی قرار داد. قبل از بسته شدن جعبه بالایی، کانال‌های تهویه در داخل الگو در نواحی ضخیم بالای ریخته‌گری باز می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که گازهای گازی شده در حفره قالب می‌توانند در مرحله اولیه ریختن به موقع تخلیه شوند.

۲ کنترل فرآیند قالب‌گیری

افزودن رزین بین ۰.۹٪ تا ۱.۲٪ کنترل می‌شود و حد بالایی برای ریخته‌گری‌ها و ماهیچه‌های بزرگ در نظر گرفته شده است. ابتدا، هسته فوم مخصوص روی سکوی قالب‌گیری ثابت می‌شود و الگوی فوم روی هسته فوم مخصوص قرار می‌گیرد تا قالب پایینی ساخته شود. پس از پخت کامل، جعبه برگردانده می‌شود و هسته فوم مخصوص قبل از ساخت قالب بالایی برداشته می‌شود.

برای سوراخ‌های کور و سوراخ‌های بلند در انتهای جلویی ریخته‌گری، میله‌های مغزی سوراخ‌ساز مخصوص از قبل در هر سوراخ تعبیه شده‌اند. میله‌های مغزی سوراخ‌ساز با اتصال لوله‌های سرامیکی با اندازه‌ای معادل سوراخ‌های کور و سوراخ‌های بلند، پر کردن آنها با ماسه رزینی، قرار دادن میله‌های فولادی در وسط، فشرده‌سازی آنها و پوشش دادن قسمت بیرونی با پوشش گرافیتی پایه الکلی ساخته می‌شوند. پس از پخت کامل، آنها در هر سوراخ از الگوی پلاستیکی فوم قرار می‌گیرند. برای جلوگیری از جابجایی لوله‌های سرامیکی در طول فرآیند گازسازی الگوی جامد، میله‌های فولادی رزوه‌دار Φ16 میلی‌متری در وسط قرار داده می‌شوند تا آنها را به قالب ماسه‌ای ثابت کنند و یک ساختار T شکل به انتهای بیرونی هسته فولادی رزوه‌دار اضافه می‌شود تا میله‌های مغزی را با ماسه رزینی در بیرون محکم کند. پس از ساخت قالب پایینی، جعبه برگردانده می‌شود و از میله‌های فولادی گرد Φ10 میلی‌متری برای پانچ کردن کانال‌های تهویه در نواحی ضخیم الگوی فومی استفاده می‌شود. چندین کانال تهویه خارجی Φ30 میلی‌متری در فاصله ۴۰ میلی‌متری از بیرون الگوی فوم قرار گرفته‌اند و عمق کانال‌های تهویه اساساً برابر با ارتفاع الگوی فوم است.

        

۳- کروی‌سازی و تلقیح مصنوعی

عملیات کروی‌سازی یکی از فرآیندهای کلیدی در تولید قطعات چدن نشکن است و فناوری فرآوری آن مستقیماً بر عملکرد چدن نشکن تأثیر می‌گذارد [6]. عملیات کروی‌سازی و تلقیح درون کیسه‌ای با استفاده از عامل کروی‌سازی ZFCR-7 با دوز 1.2٪ و تلقیح YFY-150 با دوز 0.6٪ انجام می‌شود. اثر کروی‌سازی و تلقیح با افزایش دوز تلقیح و تلقیح‌های متعدد تضمین می‌شود.

با توجه به وزن زیاد قطعات ریخته‌گری، به منظور برآورده کردن الزامات شاخص‌های عملکردی مختلف و افزایش قابلیت ضد تخریب چدن مذاب، بر اساس تجربه بسیاری از تولیدکنندگان، پیش‌عملیات چدن مذاب انجام می‌شود. یعنی قبل از عملیات کروی‌سازی، عوامل پیش‌عملیاتی به چدن مذاب اضافه می‌شوند، که معمولاً 0.8٪ عامل پیش‌عملیات SiC است، با هدف افزایش هسته‌های جوانه‌زنی و بهبود کیفیت داخلی و سیالیت چدن مذاب.  

۴ کنترل فرآیند ریختن

ریخته‌گری همزمان دو بسته‌ای انجام می‌شود. در طول فرآیند ریخته‌گری، سرعت جریان بالا و ریختن مداوم و بدون وقفه مورد نیاز است. دمای ریختن برای الگوی فوم از دست رفته معمولاً 30 تا 50 درجه سانتیگراد بالاتر از قالب‌های ماسه‌ای معمولی است. برای قطعات نسبتاً ضخیم و سنگین، دمای ریختن 1410 تا 1420 درجه سانتیگراد انتخاب می‌شود. قبل از کروی کردن، ترکیب چدن مذاب 3.5 تا 3.7 درصد کربن، 1.2 تا 1.4 درصد سیلیسیم، منگنز ≤ 0.5 درصد، فسفر ≤ 0.06 درصد، گوگرد ≤ 0.04 درصد و 0.5 درصد مس است. پس از کروی‌سازی، ترکیب کنترل می‌شود تا 3.4% تا 3.6% کربن، 2.3% تا 2.5% سیلیسیم، منگنز ≤ 0.5%، فسفر ≤ 0.06%، گوگرد ≤ 0.012%، مس 0.5% و منیزیم باقیمانده 0.04% تا 0.06% باشد. در طول فرآیند ریختن، تغذیه در حین فرآیند از طریق ظرف ریختن انجام می‌شود و نرخ تغذیه از 0.08% تا 0.1% کنترل می‌شود.

۵ خنک‌کننده طبیعی

پس از اتمام ریخته‌گری، از عایق حرارتی عالی و قابلیت جمع‌شوندگی ماسه رزینی استفاده می‌شود تا قطعه ریخته‌گری به آرامی و آزادانه در قالب خنک شود و به هدف تنش‌زدایی و پیرسازی دست یابد [7]. بر اساس تجربیات قبلی با ریخته‌گری‌های بزرگ، سیستم آب‌بندی 8 ساعت پس از ریختن برداشته می‌شود، آهن پرس جعبه 24 ساعت بعد برداشته می‌شود و قالب باز شده و ماسه 96 ساعت بعد برداشته می‌شود و دریچه بالایی و سیستم بالابر برداشته می‌شوند.

۶ ریزساختار و خواص ریخته‌گری

آزمایش‌های عملکرد روی میله‌های آزمایش انجام شد. نتایج متالوگرافی بدنه ریخته‌گری در شکل نشان داده شده است. 3. the

شکل 3 ریزساختار          

 

نتیجه گیری 7

با تولید اولین قطعه ریخته‌گری چدن داکتیل سنگین، اثربخشی و منطقی بودن سیستم راهگاهی و بالابر در طول فرآیند تولید تأیید شد. طراحی سیستم راهگاهی که شامل پر کردن، تخلیه، حذف سرباره و تغذیه است، بهبود بیشتری یافت. مشکلات مربوط به ناخالصی سطحی سرباره، چین و چروک و تخلخل ناشی از انقباض که در فرآیند قالب‌گیری پوسته‌ای مستعد وقوع هستند، حل شدند. با توجه به دیواره ضخیم ریخته‌گری، زمان انجماد طولانی و الزامات عملکرد بالا، مشکلات بزرگی در فرآیند تولید وجود دارد. از طریق کنترل دقیق فرآیند، انتخاب مواد اولیه مناسب، فرآیندهای مناسب کروی‌سازی و تلقیح و تکنیک‌های پیش تصفیه ویژه، تولید قطعات ریخته‌گری چدن داکتیل بزرگ با کیفیت بالا کاملاً امکان‌پذیر است.

 

ویگور بیش از 20 سال تجربه و تیم حرفه‌ای در فرآیندهای ریخته‌گری و آهنگری دارد. در صورت نیاز به هرگونه کمک یا توسعه محصولات، لطفاً با ما تماس بگیرید. info@castings-forging.com