منبع: ماهنامه شهریور 1402 – صنعت ریخته گری
منبع مقاله: Sheet Data s’Ashland
Prime
فرآیند ماهیچه سازی بـه روش کلد باکس در طول یک دهه گذشته، پیشـرفت های قابل توجهـی در فرآینـد سـاخت ماهیچـه بـا توانایـی پخـت ماهیچــه در جعبــه ماهیچـه، در دمای اتـاق و در زمـان سـیکل فرآینــد را ممکــن ساخته است. یکــی از ایــن فرآیندهــا روش کلدباکــس می باشــد کـه توسـط دکتـر جیـن رابینـز اختـراع شـد و در 5 نوامبـر 1968 بـه ثبـت رسـید (اختـراع ایـاالت متحـده بـه شـماره 3409519).
ایـن فرآینـد بـه طور رسمی در کنگـره و نمایشـگاه S.F.A در سـال 1968 بـه صنعـت ریخته گـری معرفــی شــد. بــا ایــن فرآینــد، بــرای اولیــن بــار، می تـوان یک ماهیچه یــا قالب را از جعبه ماهیچه جدا کرد و بلافاصلــه ریخته گری کرد.
ماهیچه ها را می تــوان در عرض چنـد ثانیــه بـا اسـتحکام خــوب، دقـت ابعــادی عالی، قابلیـت تخلیــه اســتثنایی و میــزان انــدک گاز تولیــد کــرد. از آنجــا کــه ماهیچه هــا در دمــای اتــاق ســخت می شــوند، جعبه های ماهیچــه می تواننـد از پالســتیک، چـوب و یــا کامپوزیـت سـاخته شـوند.
بهــره وری فرآینــد کلدباکــس 4 برابــر فرآینــد شــل (روش چراغــی) اســت. صرفه جویــی قابــل توجهــی در نیــروی انســانی و البتــه انــرژی قابــل دسـتیابی اسـت. ماهیچه هـای کلدباکـس بـرای همه انـواع فلزات مناسـب هسـتند منجملـه فـوالد، چـدن خاکسـتری و نشـکن، آلومینیـم، منیزیـم و غیـره.
امـا فرآینـد کلدباکس چیسـت؟ فرآیند کلـد باکـس یک سیستم آلـی سـه جزئــی اسـت که از رزیــن قســمت I ، ســخت کننده بخــش II و بخـش کاتالیسـت III تشـکیل شـده اسـت. بخـش رزیـن (قسـمتI )یـک فنــل فرمالدئیــد، میعانــات پلیمــری اســت کــه در مخلوطــی از حلال هــای آلیفاتیـک و آروماتیـک حـل شـده اسـت.
سـخت کننـده (قسـمت II )، کـه یـک عامـل اتصـال متقابـل اسـت، حـاوی MDI پلیمـری (متیلـن – دیفنلی دی ایزوســیانات) مخلــوط شــده بــا حلال هــای آلیفاتیــک و آروماتیــک است. بخــش ســوم کاتالیســت، Tertiary Liquid – Trithylamine – TEA Amine یــا ethylamine methyl Die – MDEA. می باشد.
رزیــن قسمت اول گـروه هیدروکسـیل را فراهـم می کنـد کـه بـه طـور شـیمیایی بـا گـروه ایزوســیانات قســمت II در حضــور کاتالیــزور آمیــن ترکیــب می شــود و یـک رزیـن یورتـان جامـد را تشـکیل می دهـد. ایـن رزیـن جامـد یورتـان اسـت دانه هـای ماسـه را بـه هـم می چسـباند و بـه چسـب کلـد باکـس خــواص منحصــر بــه فــردی می بخشــد. قســمت I و قســمت II دارای ویسـکوزیته پاییـن هسـتند تـا پمپـاژ آسـان و جریان پذیـری بهتـر بـرای مخلـوط ماسـه امکان پذیـر باشـد. ایـن سیسـتم رزیـن مبتنـی بـر حلال اســت و حلال هــا نقــش حیاتــی در عملکــرد رزیــن دارنــد.
کارخانه و تجهیزات:
الف- مخلوط کن ماسه:
بــه طور کلی مخلوط کن هــای تکبــار، دارای چــرخ و پــره کارآمدتــر هسـتند و اســتحکام کششی بالاتری ایجــاد می کننــد. از طــرف دیگــر مخلوط کن هــای پیوســته ایــن مزیــت را دارنـد کـه ماسـه را بـه سـرعت و فقـط بـه مقـدار لازم مخلـوط می کننـد. مخلوط کن های ماسه باید به گونـه ای انتخــاب شوند که گرما در ماسه به حداقل برسد.
گرمای ایجــاد شـده در حیــن اختلاط و انــدازه آن بایــد بــه گونــه ای باشــد تــا ماســه را در مقادیــری تولیــد کننــد کــه بتوانــد بــه ســرعت توســط ماشین های ماهیچه گیــری در بــازه طــول عمـر ماسـه مخلـوط شـده مصـرف شـود. مخلوط کـن پیوسـته بـا سـرعت بــالا بــه دلیــل مزیــت آن در بــه دســت آوردن حداکثــر عمــر مخلــوط بـرای ماسـه مـورد نیـاز، بـر خـالف تهیـه مقادیـر ثابـت و زیـاد ماسـه در مخلوط کن هــای تکبــار، استاندارد شده و مـورد استفاده قــرار می گیرند.
ب- ژنراتورهای گاز: دو نوع ژنراتور گازی رایج هستند:
1- نـوع انژکتـوری: در ایـن نـوع آمیـن مایـع را وارد جریانـی از گاز حامـل ســریع یعنــی هــوای فشــرده می کنــد. ایــن جریــان حامــل و متالطــم، آمیــن فــرار را تبخیــر می کنــد و آن را بــه منیفولــد ورودی و داخــل جعبــه ماهیچــه منتقــل می کنــد.
۲- نــوع قلیان کننــده: ایــن سیســتم گاز آمیــن را بــا قلیــان از کــف مخــزن حـاوی مایـع آمیـن حبابـدار می کنـد. یـک مولـد گاز کارآمـد بایـد مقـدار مناسـب کاتالیـزور را در جریـان هـوا حمـل کنـد. اسـتفاده از کاتالیـزور بیش از حـد و تجمـع یافتـه در یـک نقطـه ماهیچه هـا را ضعیـف می کنـد، کـه ایـن امـر ناشـی از اشـباع کاتالیـزور مـای، در یـک نقطـه اسـت. کاتالیـزور بسـیار کـم نیــز باعــث پخــت کنــد ماهیچــه شــده و در نتیجــه سـرعت تولیــد کنـد می شود.
پ- خشک کن های هوای فشرده:
در ایــن سیستم تولید ماهیچه، تامین هــوای فشرده بــرای ژنراتـور گاز، دمنده های ماهیچه و نــوار نقالـه پنوماتیـک ماسه مـورد نیـاز است. حتی رطوبـت بسـیار کمـی در هـوای فشـرده تأثیـر نامطلوبـی بـر اسـتحکام ماهیچـه نهایـی، شـکنندگی و همچنیــن بــر عمــر ذخیره ســازی ماهیچه هــا دارد. بــا توجــه بــه ایــن موضــوع، انتخــاب یــک خشــک کن هــوای فشــرده مناســب نقــش مهمــی در ایــن روش تولیــد ایفــا می کنــد. دو نــوع خشــک کن هــوای فشـرده اصلـی بـه صـورت تجـاری در دسـترس هسـتند و بـه دالیـل زیـر خشــک کن شــیمیایی نســبت بــه نــوع خشــک کن تبریــدی ترجیــح داده می شــود.
1- خشک کن شــیمیایی بســیار موثرتــر اســت بــه عنــوان مثــال نقطــه شــبنم -40 درجــه ســانتیگراد در P.T.N را مــی تــوان بــا خشــک کن شــیمیایی بــه دســت آورد در حالی که بـا خشک کن تبریــدی نقطــه شــبنم فقــط 0 تــا + 4 درجــه ســانتیگراد خواهــد بــود.
2- خشک کن شیمیایی تقریبــا بـدون تعمیــر و نگهــداری بــوده و از ایــن رو قابــل اطمینان تـر اسـت.
3- خشک کن شیمیایی بــه صـورت بومــی و نســبتا با هزینه کمتر در دسـترس اســت.
ایمنی و بهداشت رزین کلدباکس
قسمت 1
بخــش اول یــک رزیــن فنــل فرمالدئیــد در مخلــوط پیچیــده ای از حلال هــای آلــی بــا نقطــه اشــتعال حــدود ۸3 درجــه ســانتی گــراد اســت. ایــن رزین هــا بــه طــور بالقــوه بــرای پوســت و چشــم ها بــه شــدت تحریــک کننــده هســتند. بایــد از تمــاس خــودداری شــود و لباس هــا و تجهیــزات حفاظتــی لازم بایــد اســتفاده شــوند:
بخــارات قســمت I نیــز طــور بالقــوه تحریک کننــده هســتند. تهویــه بایــد بــرای حفــظ ســطح آلودگــی هــوا در حــد زیــر مقادیــر دامنــه آســتانه مشــخص شــده، فراهــم شــود. مقادیــر محــدوده آســتانه تعییــن شــده مجــاز توســط قانــون ایمنــی و بهداشــت شــغلی (OSHA )بــرای فنــل ppm 5 و برای فرمالدئیدppm 3 است.
قسمت 2
ایــن بخــش ترکیبــی از ایزوســیانات پلیمــری در مخلــوط حلال هــای آلــی اســت و هــر دو دارای نقطــه اشــتعال حــدود 100 درجــه ســانتیگراد هســتند. بایــد از تمــاس پوســتی و چشــمی خــودداری شــود و اقدامــات احتیاطــی لازم در برخــورد بایــد مطابــق بــا قســمت قســمت 1 رعایــت شــود.
ایزوســیانات های پلیمــری فشــار بخــار بســیار پایینــی دارنــد و در شــرایط ریخته گــری ممکــن اســت خطــر نشــر بخــار را نداشــته باشــند. بــا ایــن حــال، حلال هــای مــورد اســتفاده بــا قســمت II بــه طــور بالقــوه تحریــک کننــده هســتند و وجــود تهویــه توصیــه می شود.
تهویــه بایـد بـرای حفــظ سطح آستانه دمیــدن آالینده هــای هــوا انجــام شــود. مقادیـر حـد آسـتانه مشـخص شـده توسـط OSHA بـرای متیلـن بیسـفنی ایزوســیانات (یکــی از اجــزای اصلــی ایزوســیانات پلیمــری)ppm 0.02 .
قسمت 3
قســمت III مــورد اســتفاده تــری اتیــل امیــن (TEA) اســت و نقطــه اشـتعال ۶٫۶۶ درجـه سـانتیگراد دارد. ایـن بخـش یـک مایـع قلیایـی قابل اشـتعال بـا بـوی آمونیـاک بسـیار مشـخص و قـوی اسـت. انبـارداری ایـن کاتالیـزور فقـط بایسـتی در ناحیـه LEVEL RED (انبـار بـا تمهیـدات ویژه) انجـام شـود.
ایـن امـر بـه دلیـل نقطـه اشـتعال پاییـن و اشـتعال پذیری و خطـرات سلامتی می باشـد. تهویـه مناسـب در مناطقـی کـه ایـن مـواد مــورد اســتفاده قــرار می گیرنــد توصیــه می شــود. مقــدار آســتانه تعییــن شــده توســط OSHA ۲5 ppmاســت کــه آلودگــی هــوا بایــد کمتــر از آن حفـظ شـود.
ایــن کاتالیــزور بــرای پوســت حساســیت زا نیســت امــا خورنــده اســت. از تمــاس بــا چشــم و پوســت و همچنیــن استنشــاق بخــارات آن بایــدخـودداری شـود. بوی ناخوشـایند TEA را مـی تـوان در هـوا بـا غلظـت 1 ppm تشـخیص داد. ایـن کاتالیـزور یـک آمیـن مایـع سـه تایـی (Tertiary Amin) بـا فشـار بخـار نسـبتا بالا اسـت کـه در اکثـر دماهـا بخـارات قابـل اشــتعال و انفجــاری تولیــد می کنــد.
بخــار از هــوا ســنگین تر اســت و تمایــل دارد در نواحــی پاییــن جمــع شــود. کاتالیــزور دیگــر DMEA (دی متیــل اتیــل آمیــن) دارای نقطــه اشــتعال 3۸ درجــه ســانتیگراد اســت.
ایـن مایـع قلیایـی قابـل اشـتعال می باشد و دارای بـوی قـوی آمونیـاک بــوده و بایــد فقــط در ناحیــه LEVEL RED ذخیــره شــود. بــه دلیــل ماهیـت خورنـده آن بایـد از تمـاس پوسـت و چشـم خـودداری شـود. در طـول چرخـه تصفیـه، هـوای فشـرده از طریـق ماهیچـه دمیـده می شـود تــا تمــام گاز آمیــن اضافــی را بــه واحــد جمع کننــده (اســکرابر) منتقــل کنــد.
جمــع کننــده گازی بــرای حــذف موثــر مــواد مضــر کاتالیــزور کــه از هــوای خروجــی دســتگاه خــارج می شــود بســیار ضــروری اســت. عمــل جمــع کــردن تصفیــه بــه طــور کلــی در دو مرحلــه انجــام می شــود: در مرحلــه اول، ســرعت بخارهــا کاهــش یافتــه و از پــرده اســپری محلــول اسـکرابر عبـور می کننـد.
مرحلـه دوم شـامل یـک بسـتر ضخیـم از محیـط پالســتیک بســته بندی اســت کــه محلــول اســکرابر بــه طــور مــداوم از طریــق آن اســپری می شــود. بخارهــا بــه محیــط بســته بندی برخــورد کــرده و آلودگی هــا جــذب شــده و در محلــول اســکرابر بــه ســمت پاییــن منتقــل می شوند.
هــوای حــاوی رطوبــت پــس از عبــور از هــر دو مرحلــه شستشــو از قســمت حذف کننــده مــه عبــور می کنــد. معمولا اســید فســفریک رقیــق (3 قسمت آب + 1 قســمت ۸0 تــا ۸5 درصــد اســید حجمی) بــه عنــوان محلــول شستشــو اســتفاده می شــود.
جمع بندی:
1- ماسه:
-1-1 ماسه قبل ازمخلوط شدن بایستی کامال خشک باشد.
-1-2 اقتصادی تریــن دانه بنــدی ماســه ماهیچــه AFS50-55 (از لحــاظ میــزان مصــرف رزیــن) می باشــد. ماســه بایــد ترجیحــا 4 الکــه باشــد.
-1-3 ماسه باید عاری از کلرایدها و با اسید دیماند پایین باشد.
2- رزین:
۲-1 اوزان قسـمت 1 و 2 در ترکیـب بایسـتی دقیـق باشـند. نوسـانات نبایـد بیـش از٪0٫05+ از میـزان ماسـه باشـد.
۲-۲ بجـز بازه هـای زمانـی کـه هـوای محیـط بسـیار مرطـوب مـی باشـد بایــد نســبت قســمت 1 و ۲ مســاوی انتخــاب گــردد. زمانیکــه میــزان رطوبـت هـوا بـه بـاالی ٪90 برسـد، نسـبت قسـمت 1 بـه ۲ می توانـد بـا اضافــه کــردن قســمت ۲ تغییــر یابــد.
3- مخلوط کردن ماسه:
3-1 در زمان اختلاط ماسه نباید شاهد افزایش دما بود
3-2 بهینـه زمـان اختلاط را بایسـتی بـه دسـت آوریـد. چـرا کـه کـم بودن زمـان اختلاط منجـر بـه اختلاط ناقـص و غیـر یکنواختـی و اختلاط بیش از حـد باعث ایجاد حرارت می گردیـده و منجــر بــه تبخیــر و از دســت دادن حلال رزیــن می گردد.
3-3 مخلـوط ماسه ای کـه عمـر آن گذشـته نبایـد بـرای تولیـد ماهیچـه مـورد استفاده قـرار گیـرد.
4-3 ماسه مخلـوط شده باید در حداقل زمــان ممکن بــه ماشین ماهیچه سازی منتقل گـردد.
4- ماهیچه ها:
4-1 در فصـول مرطـوب سـال، ماهیچـه تولیـدی بایسـتی بالفاصلـه مـورد اسـتفاده قـرار گیـرد.
در صورتیکــه چــاره ای جــز ذخیره ســازی در فصــول مرطــوب نداریــد روی ماهیچه هــا را بــا رزیــن پایــه حلال آلــی اســپری و محافظــت نماییــد. اعمــال ایــن لایه محافــظ بیــن 1 تــا 4 ســاعت پــس از تولیــد ماهیچــه بایــد انجــام گیــرد.
