معرفی فرآیند ریخته‌گری شیرآلات

ریخته‌گری بدنه شیر بخش مهمی از فرآیند تولید شیر است و کیفیت ریخته‌گری شیر، کیفیت شیر را تعیین می‌کند. در ادامه چندین روش فرآیند ریخته‌گری که معمولاً در صنعت شیر استفاده می‌شوند، معرفی می‌شوند:

ریخته گری ماسه ای:

ریخته‌گری ماسه‌ای که معمولاً در صنعت شیرآلات استفاده می‌شود، می‌تواند بر اساس چسب‌های مختلف به ماسه سبز، ماسه خشک، ماسه شیشه‌ای آب و ماسه خودسخت‌شونده رزین فوران تقسیم شود.

(1) ماسه سبز یک فرآیند قالب‌گیری با استفاده از بنتونیت به عنوان چسب است.

مشخصات آن عبارتند از:قالب ماسه‌ای نهایی نیازی به خشک شدن یا سخت شدن ندارد، قالب ماسه‌ای از استحکام مرطوب خاصی برخوردار است و هسته ماسه‌ای و پوسته قالب از بازده خوبی برخوردارند که تمیز کردن و تکان دادن قطعات ریخته‌گری شده را آسان می‌کند. راندمان تولید قالب‌گیری بالا، چرخه تولید کوتاه، هزینه مواد کم و سازماندهی خط تولید مونتاژ راحت است.

معایب آن عبارتند از:قطعات ریخته‌گری مستعد عیوبی مانند منافذ، آخال‌های ماسه و چسبندگی ماسه هستند و کیفیت قطعات ریخته‌گری، به ویژه کیفیت ذاتی آنها، ایده‌آل نیست.

جدول نسبت و عملکرد ماسه سبز برای ریخته‌گری فولاد:

(2) ماسه خشک یک فرآیند قالب‌گیری با استفاده از خاک رس به عنوان چسب است. افزودن کمی بنتونیت می‌تواند مقاومت مرطوب آن را بهبود بخشد.

مشخصات آن عبارتند از:قالب ماسه‌ای باید خشک شود، نفوذپذیری هوا خوبی داشته باشد، مستعد عیوبی مانند شستشوی ماسه، چسبندگی ماسه و منافذ نباشد و کیفیت ذاتی ریخته‌گری خوب باشد.

معایب آن عبارتند از:به تجهیزات خشک کردن ماسه نیاز دارد و چرخه تولید طولانی است.

(3) ماسه شیشه‌ای آب‌مانند یک فرآیند مدل‌سازی است که از شیشه آب‌مانند به عنوان چسب استفاده می‌کند. ویژگی‌های آن عبارتند از: شیشه آب‌مانند هنگام قرار گرفتن در معرض CO2 به طور خودکار سخت می‌شود و می‌تواند مزایای مختلف روش سخت‌کاری گازی را برای مدل‌سازی و ساخت ماهیچه داشته باشد، اما کاستی‌هایی مانند فروپاشی ضعیف پوسته قالب، مشکل در تمیز کردن ماسه ریخته‌گری و میزان پایین بازسازی و بازیافت ماسه قدیمی وجود دارد.

جدول تناسب و عملکرد ماسه سخت شونده با CO2 مخصوص شیشه آب:

(4) قالب‌گیری ماسه‌ای خودسخت‌شونده با رزین فوران، فرآیندی ریخته‌گری است که در آن از رزین فوران به عنوان چسب استفاده می‌شود. ماسه قالب‌گیری به دلیل واکنش شیمیایی چسب تحت عمل عامل پخت در دمای اتاق، جامد می‌شود. ویژگی آن این است که قالب ماسه‌ای نیازی به خشک شدن ندارد، که این امر چرخه تولید را کوتاه کرده و در مصرف انرژی صرفه‌جویی می‌کند. ماسه قالب‌گیری رزینی به راحتی فشرده می‌شود و خواص تجزیه‌پذیری خوبی دارد. ماسه قالب‌گیری ریخته‌گری به راحتی تمیز می‌شود. ریخته‌گری‌ها از دقت ابعادی بالا و پرداخت سطح خوبی برخوردارند که می‌تواند کیفیت ریخته‌گری را تا حد زیادی بهبود بخشد. معایب آن عبارتند از: نیاز به کیفیت بالا برای ماسه خام، بوی تند ملایم در محل تولید و هزینه بالای رزین.

نسبت و فرآیند اختلاط مخلوط ماسه بدون پخت رزین فوران:

فرآیند اختلاط ماسه خودسخت شونده رزین فوران: بهتر است برای ساخت ماسه خودسخت شونده رزینی از میکسر ماسه پیوسته استفاده شود. ماسه خام، رزین، عامل پخت و غیره به ترتیب اضافه شده و به سرعت مخلوط می‌شوند. می‌توان آن را در هر زمانی مخلوط و استفاده کرد.

ترتیب اضافه کردن مواد اولیه مختلف هنگام مخلوط کردن ماسه رزین به شرح زیر است:

ماسه خام + عامل عمل‌آوری (محلول آبی پارا-تولوئن سولفونیک اسید) – (120 ~ 180S) – رزین + سیلان – (60 ~ 90S) – تولید ماسه

(5) فرآیند تولید ریخته‌گری ماسه‌ای معمولی:

ریخته‌گری دقیق:

در سال‌های اخیر، تولیدکنندگان شیرآلات توجه بیشتری به کیفیت ظاهری و دقت ابعادی قطعات ریخته‌گری شده نشان داده‌اند. از آنجا که ظاهر خوب، نیاز اساسی بازار است، معیار تعیین موقعیت برای اولین مرحله ماشینکاری نیز می‌باشد.

ریخته‌گری دقیق رایج در صنعت شیرآلات، ریخته‌گری دقیق است که به طور خلاصه به شرح زیر معرفی می‌شود:

(1) دو روش فرآیند ریخته‌گری محلولی:

① با استفاده از مواد قالب مبتنی بر موم با دمای پایین (اسید استئاریک + پارافین)، تزریق موم با فشار پایین، پوسته شیشه‌ای آب، موم‌زدایی با آب داغ، فرآیند ذوب و ریختن در اتمسفر، که عمدتاً برای ریخته‌گری فولاد کربنی و فولاد کم آلیاژ با الزامات کیفیت عمومی استفاده می‌شود، دقت ابعادی ریخته‌گری می‌تواند به استاندارد ملی CT7 ~ 9 برسد.

② با استفاده از مواد قالب مبتنی بر رزین با دمای متوسط، تزریق موم با فشار بالا، پوسته قالب با سل سیلیکا، موم‌زدایی با بخار، فرآیند ریخته‌گری سریع ذوب اتمسفری یا خلاء، دقت ابعادی ریخته‌گری می‌تواند به ریخته‌گری دقیق CT4-6 برسد.

(2) جریان فرآیند معمول ریخته‌گری دقیق:

(3) ویژگی‌های ریخته‌گری دقیق:

① ریخته‌گری از دقت ابعادی بالا، سطح صاف و کیفیت ظاهری خوبی برخوردار است.

② می‌توان قطعاتی با ساختارها و شکل‌های پیچیده را که پردازش آنها با سایر فرآیندها دشوار است، ریخت.

③ مواد ریخته‌گری محدود نیستند، مواد آلیاژی مختلفی مانند: فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ، فولاد آلیاژی، آلیاژ آلومینیوم، آلیاژ با دمای بالا و فلزات گرانبها، به ویژه مواد آلیاژی که جعل، جوشکاری و برش آنها دشوار است.

④ انعطاف‌پذیری خوب در تولید و سازگاری قوی. می‌توان آن را در مقادیر زیاد تولید کرد و همچنین برای تولید تک قطعه یا دسته‌های کوچک مناسب است.

⑤ ریخته‌گری دقیق همچنین محدودیت‌های خاصی دارد، مانند: جریان فرآیند دست و پا گیر و چرخه تولید طولانی. به دلیل تکنیک‌های ریخته‌گری محدودی که می‌توان استفاده کرد، ظرفیت تحمل فشار آن هنگام استفاده برای ریخته‌گری شیرهای پوسته نازک تحت فشار نمی‌تواند بسیار بالا باشد.

تجزیه و تحلیل عیوب ریخته‌گری

هر ریخته‌گری دارای عیوب داخلی خواهد بود، وجود این عیوب خطرات پنهان بزرگی را برای کیفیت داخلی ریخته‌گری به همراه خواهد داشت و تعمیر جوشکاری برای از بین بردن این عیوب در فرآیند تولید نیز بار زیادی را بر فرآیند تولید وارد می‌کند. به طور خاص، شیرآلات، ریخته‌گری‌های پوسته نازکی هستند که در برابر فشار و دما مقاومت می‌کنند و فشردگی ساختار داخلی آنها بسیار مهم است. بنابراین، عیوب داخلی ریخته‌گری‌ها به عامل تعیین‌کننده‌ای تبدیل می‌شوند که بر کیفیت ریخته‌گری تأثیر می‌گذارد.

عیوب داخلی قطعات ریخته‌گری شده شیرآلات عمدتاً شامل منافذ، آخال‌های سرباره، تخلخل ناشی از انقباض و ترک‌ها می‌شود.

(1) منافذ:منافذ توسط گاز تولید می‌شوند، سطح منافذ صاف است و در داخل یا نزدیک سطح قطعه ریخته‌گری ایجاد می‌شوند و شکل آنها عمدتاً گرد یا مستطیلی است.

منابع اصلی گاز که منافذ را ایجاد می‌کنند عبارتند از:

① نیتروژن و هیدروژن حل شده در فلز در طول انجماد ریخته‌گری در فلز موجود هستند و دیواره‌های داخلی دایره‌ای یا بیضی شکل بسته‌ای با درخشش فلزی تشکیل می‌دهند.

② رطوبت یا مواد فرار موجود در مواد قالب‌گیری در اثر حرارت به گاز تبدیل می‌شوند و منافذی با دیواره‌های داخلی قهوه‌ای تیره تشکیل می‌دهند.

③ در طول فرآیند ریختن فلز، به دلیل جریان ناپایدار، هوا در تشکیل منافذ نقش دارد.

روش پیشگیری از نقص روزنه:

① در ذوب، مواد اولیه فلزی زنگ زده باید تا حد امکان کم یا زیاد استفاده شوند و ابزارها و ملاقه‌ها باید پخته و خشک شوند.

② ریختن فولاد مذاب باید در دمای بالا انجام شود و در دمای پایین ریخته شود و فولاد مذاب باید به درستی آرام شود تا شناور شدن گاز تسهیل شود.

③ طراحی فرآیند رایزر ریخته‌گری باید هد فشار فولاد مذاب را افزایش دهد تا از محبوس شدن گاز جلوگیری شود و یک مسیر گاز مصنوعی برای خروج معقول گاز ایجاد کند.

④ مواد قالب‌گیری باید میزان آب و حجم گاز را کنترل کنند، نفوذپذیری هوا را افزایش دهند و قالب ماسه‌ای و هسته ماسه‌ای باید تا حد امکان پخته و خشک شوند.

(2) حفره انقباضی (شل):این یک حفره (حفره) دایره‌ای یا نامنظم منسجم یا ناهماهنگ است که در داخل ریخته‌گری (به‌ویژه در نقطه داغ) رخ می‌دهد، با سطح داخلی ناهموار و رنگ تیره‌تر. دانه‌های کریستالی درشت، عمدتاً به شکل دندریت، در یک یا چند مکان جمع شده‌اند و مستعد نشت در طول آزمایش هیدرولیکی هستند.

دلیل ایجاد حفره انقباضی (شل بودن):انقباض حجمی زمانی رخ می‌دهد که فلز از حالت مایع به حالت جامد تبدیل می‌شود. اگر در این زمان به اندازه کافی فولاد مذاب جایگزین نشود، حفره انقباضی به ناچار ایجاد می‌شود. حفره انقباضی ریخته‌گری فولاد اساساً ناشی از کنترل نادرست فرآیند انجماد متوالی است. دلایل آن ممکن است شامل تنظیمات نادرست رایزر، دمای ریختن بیش از حد بالای فولاد مذاب و انقباض زیاد فلز باشد.

روش‌های جلوگیری از ایجاد حفره‌های انقباضی (لقی):① سیستم ریخته‌گری را به صورت علمی طراحی کنید تا انجماد متوالی فولاد مذاب حاصل شود و قطعاتی که ابتدا منجمد می‌شوند باید با فولاد مذاب دوباره پر شوند. ② رایزر، کمک فنر، آهن سرد داخلی و خارجی را به طور صحیح و منطقی تنظیم کنید تا انجماد متوالی تضمین شود. ③ هنگام ریختن فولاد مذاب، تزریق از بالا از رایزر برای اطمینان از دمای فولاد مذاب و تغذیه و کاهش وقوع حفره‌های انقباضی مفید است. ④ از نظر سرعت ریختن، ریختن با سرعت کم برای انجماد متوالی نسبت به ریختن با سرعت بالا مفیدتر است. ⑸ دمای ریختن نباید خیلی زیاد باشد. فولاد مذاب در دمای بالا از کوره خارج شده و پس از آرام‌سازی ریخته می‌شود که برای کاهش حفره‌های انقباضی مفید است.

(3) آخال‌های شن (سرباره):آخال‌های ماسه (سرباره)، که معمولاً به عنوان تاول شناخته می‌شوند، سوراخ‌های دایره‌ای یا نامنظم ناپیوسته هستند که در داخل قطعات ریخته‌گری ظاهر می‌شوند. این سوراخ‌ها با ماسه قالب‌گیری یا سرباره فولاد، با اندازه‌های نامنظم مخلوط شده و در آنها جمع می‌شوند. یک یا چند مکان، اغلب بیشتر در قسمت بالایی.

علل وجود شن (سرباره):ورود سرباره به دلیل ورود سرباره فولاد به همراه فولاد مذاب در حین فرآیند ذوب یا ریختن مذاب به داخل ریخته‌گری ایجاد می‌شود. ورود ماسه به دلیل عدم سفتی کافی حفره قالب در حین قالب‌گیری ایجاد می‌شود. هنگامی که فولاد مذاب به داخل حفره قالب ریخته می‌شود، ماسه قالب‌گیری توسط فولاد مذاب شسته شده و وارد فضای داخلی ریخته‌گری می‌شود. علاوه بر این، عملکرد نامناسب در حین برش و بستن جعبه و پدیده ریزش ماسه نیز از دلایل ورود ماسه است.

روش‌های جلوگیری از ورود شن و ماسه (سرباره):① هنگامی که فولاد مذاب ذوب می‌شود، گازهای خروجی و سرباره باید تا حد امکان به طور کامل تخلیه شوند. ② سعی کنید کیسه مخصوص ریختن فولاد مذاب را برنگردانید، بلکه از یک کیسه قوری یا یک کیسه مخصوص ریختن در کف استفاده کنید تا از ورود سرباره بالای فولاد مذاب به همراه فولاد مذاب به داخل حفره ریخته‌گری جلوگیری شود. ③ هنگام ریختن فولاد مذاب، باید اقداماتی برای جلوگیری از ورود سرباره به داخل حفره قالب همراه با فولاد مذاب انجام شود. ④ برای کاهش احتمال ورود ماسه، هنگام مدل‌سازی از محکم بودن قالب ماسه‌ای اطمینان حاصل کنید، هنگام برش مراقب باشید ماسه از دست ندهید و قبل از بستن جعبه، حفره قالب را با دمنده تمیز کنید.

(4) ترک‌ها:بیشتر ترک‌ها در قطعات ریخته‌گری شده، ترک‌های داغ هستند که اشکال نامنظمی دارند، نافذ یا غیر نافذ، پیوسته یا متناوب هستند و فلز در محل ترک‌ها تیره یا دارای اکسیداسیون سطحی است.

دلایل ترک خوردگی، یعنی تنش دمای بالا و تغییر شکل فیلم مایع.

تنش دمای بالا، تنشی است که در اثر انقباض و تغییر شکل فولاد مذاب در دماهای بالا ایجاد می‌شود. هنگامی که تنش از حد استحکام یا تغییر شکل پلاستیک فلز در این دما فراتر رود، ترک ایجاد می‌شود. تغییر شکل فیلم مایع، تشکیل یک فیلم مایع بین دانه‌های کریستالی در طول فرآیند انجماد و تبلور فولاد مذاب است. با پیشرفت انجماد و تبلور، فیلم مایع تغییر شکل می‌دهد. هنگامی که مقدار تغییر شکل و سرعت تغییر شکل از حد مشخصی فراتر رود، ترک ایجاد می‌شود. محدوده دمایی ترک‌های حرارتی حدود 1200 تا 1450 درجه سانتیگراد است.

عوامل مؤثر بر ترک خوردگی:

① عناصر S و P در فولاد از عوامل مضر برای ایجاد ترک هستند و یوتکتیک آنها با آهن، استحکام و انعطاف‌پذیری فولاد ریخته‌گری شده را در دماهای بالا کاهش می‌دهد و منجر به ترک می‌شود.

② وجود سرباره و جدایش آن در فولاد، تمرکز تنش را افزایش می‌دهد و در نتیجه تمایل به ترک خوردگی گرم را افزایش می‌دهد.

③ هرچه ضریب انقباض خطی نوع فولاد بیشتر باشد، تمایل به ترک خوردگی گرم بیشتر است.

④ هرچه رسانایی حرارتی نوع فولاد بیشتر باشد، کشش سطحی بیشتر، خواص مکانیکی دمای بالا بهتر و تمایل به ترک خوردگی گرم کمتر است.

⑤ طراحی ساختاری ریخته‌گری‌ها از نظر قابلیت تولید ضعیف است، مانند گوشه‌های گرد خیلی کوچک، اختلاف ضخامت زیاد دیواره و تمرکز شدید تنش که باعث ایجاد ترک می‌شود.

⑥ فشردگی قالب ماسه‌ای خیلی زیاد است و بازده ضعیف هسته مانع از انقباض ریخته‌گری شده و تمایل به ترک خوردن را افزایش می‌دهد.

⑦ عوامل دیگر، مانند چیدمان نامناسب بالابر، خنک شدن خیلی سریع قطعه ریخته‌گری، تنش بیش از حد ناشی از برش بالابر و عملیات حرارتی و غیره نیز بر ایجاد ترک تأثیر می‌گذارند.

با توجه به علل و عوامل مؤثر بر ترک‌های فوق، می‌توان اقدامات مربوطه را برای کاهش و جلوگیری از بروز نقص‌های ترک انجام داد.

بر اساس تحلیل فوق از علل عیوب ریخته‌گری، یافتن مشکلات موجود و انجام اقدامات بهبود مربوطه، می‌توانیم راه‌حلی برای عیوب ریخته‌گری پیدا کنیم که منجر به بهبود کیفیت ریخته‌گری می‌شود.