
استفاده از نرم افزار شبیه سازی درحذف عیوب انقباضی درقطعات چدنی خودرو

چکیده
امروزه فرآیند ریخته گری بیشــترین ســهم را در شکل دهی مواد فلزی به خود اختصاص میدهد. فرآیند ریخته گری شامل عملیات ذوب ریزی در محفظه قالب، انجماد و ســرد شــدن پس از انجماد و تخلیه از قالب می باشد. لذا این فرآیند شامل سرد شدن در حالت مذاب، یک تغییر حالت از مذاب به جامد و نهایتا سرد شدن از دمای انجماد تا دمای محیط میباشد.
طی هر کدام از این فعل انفعالات تغییرات حجمی و ساختاری تحت شرایط مختلف سرد شدن و بسته به آنالیز چدن در آن رخ میدهد. تغییرات حجمی در چدن ها بر خلاف ســایر آلیاژها دارای یک مرحله انبســاطی می باشــد ولی در کل انجماد چدن همانند کلیه آلیاژها با کاهش حجم همراه می باشد ولی از این انبساط حجمی میتوان در عملیات تغذیه گذاری استفاده به عمل آورد.
فرآیند انجماد چدن های گرافیتی به عوامل متعددی بستگی دارد همواره یکی از دغدغه های ریخته گران از مرحله ساخت مدل تا مراحل تولید قطعه بوده است. کربن وارد شده در فرآیند انجماد دارای وزن مخصوص 2/2gr/cm³ در مقایســه با gr/cm³ 7 وزن مخصوص چدن می باشــد و این باعث غوطه وری و شناوری گرافیــت در حین انجماد و انبســاط همه جانبــه در کل مذاب در حین شــکل گیری گرافیت میگردد و انقبــاض متعاقب آن عملیات تغذیه گذاری را به خصوص در چدن های نشکن با مشکلات عدیدهای همراه کرده و سالانه میلیون ها تن قطعات به دلیل عیوب انقباضی ناشی از عدم تغذیه گذاری صحیح ضایع میشوند.
ترکیب شیمیایی و درصد عناصری از قبیل کربن و و سیلیسیم و گرافیت زایی بالاتر در چدن نشــکن میزان حساســیت به بروز عیوب انقباضی را از خاکستری متمایز می ســازد که در این مقاله هم مورد بحث و بررسی قرار گرفته اســت.
در بین نواقص و عیوبی که طی این فرآیند انجماد رخ میدهد بیشــترین سهم را عیوب انقباضی دارند که به عنوان یکــی از عیوب و نواقص مهم و محتمل در قطعات ریختگی بوده و همــواره ریخته گران را به خصوص در ریخته گری قطعات با جنس چدن نشکن به چالش کشانده است.
مقدمه:
امروزه روش ریخته گری بيشترين سهم را در توليد قطعات فلزی به خود اختصاص داده است و در اين بين ریخته گری در ماسه تر و نيز ريختن قطعات چدنی بيشــترين ســهم را در بين ســاير روشها و آلياژها دارند. با پيشرفت روزافزون علم، همگام با آن درخواست مشتريان قطعات ریخته گری نيز برای بالا بودن كيفيت ظاهری و ســاختاری بالاتر رفته و اين چالش بزرگی را در بين ريخته گران برای توليد قطعات با قيمت تمام شــده پايين اما كيفيت بالا ايجاد كرده اســت.
قطعات ريختگی همواره با يکسری عيوبی مواجه هستند كه بســته به نوع عيب زيان و خساراتی را به ریخته گران وارد میكنند. برای مثال يکســری از عيوب ریخته گری در همان كارخانه ریخته گری جداسازیمی شــوند و برای ماشــينکاری و عمليات بعدی ارسال نمی شوند اما در اين ميان عيوبی هســتند امکان تشــخيص آنها قبل از ماشينکاری به طور صد در صد ممکن نيســت و اين چنين عيوبی هزینه های گزافی را به ریخته گران تحميل میكنند.
در اين مقاله ســعی بر آن شــده است تا ضمن نشان دادن حساســيت بالای قطعات ريختگی چدنی نشــکن نسبت به همان قطعات از جنس خاكســتری،كاربرد بســيار مفيد و تاثيرگذار به كارگيری سيســتم های شبيه سازی در طراحی سيستم راهگاهی را در جهت كم كردن و حتی به صفر رســاندن سيستم سعی و خطا در اين مقوله را نشان دهيم. امکان بروز عيوب انقباضی در چدن خاكستری %2/5 در مقابل %12 برای چدن نشکن میباشد.
اين تفاوت علل بســياری دارد از جمله فوق گداز بالای مورد نياز و به تبع آن جوانه زنی و گرافيت زايی كروی بيشــتر در ریخته گری چدن نشکن نسبت به چدن خاكستری می باشد. عمليات جوانهزنی و تلقيح باعث افت حرارتی از 50 تا 100°C میشود كه بايستی در دمای ذوب ريزی لحاظ گردد.
در اين ميان از جمله مســتعدترين عيوب، میتوان به عيوب انقباضی در اشــکال مختلف كــه ضمن متداول بودن آنها به دليل ذات فرآيند ریخته گری (همانطور كه در بالا بيان شــد)، اشاره كرد. عيوب انقباضی از يک كشيدگی سطحی كه با چشم غيرمسلح نيز قابل رويت میباشد تا ريز مک های انقباضی در دل قطعه میتوانند در چدن های گرافيتی رخ دهند كه در اين ميان حساسيت چدن های نشکن نســبت به چدن با گرافيت فشرده و چدن خاكستری به مراتب بيشتر اســت و اين به ســاختار گرافيت ها و زمينه و نحوه انجمــاد اين چدن ها بر میگردد كه موضوع بحث اين مقاله نيست.
در سال های نه چندان دور برای به حداقل رســاندن طراحی های سيستم راه گاهی و بسياری از عوامل مرتبط با انجماد و انتقال حرارت در حين انجماد و هدايت حرارتی كه مستقيما روی بروز عيوب انقباضی تاثيرگذارند از سيستم های شبيه سازی استفاده میشود كه در حال حاضر در كشور ما نيز در بسياری از كارخانجات ریخته گری استفاده از اين سيستم برای كاهش هزينه ها امری ضروری میباشد.
ورودی های نرم افزار شبيه سازی به شرح زير می باشد:
- فايل 3D قطعات شــامل سيستم راهگاهی طراحی شده، ماهيچه، مبرد، فيلتر و كليه ادوات داخل قالب
- جنس قالب و قطعه
- دمای ورودی مذاب و دمای قالب
- شرايط كنترل كننده شامل فشار موثر، سرعت اوليه مذاب ورودی و دبی مذاب ورودی و …
- محل ورود ذوب به قطعه
- محل ورودی ذوب به سيستم و مشخص كردن آن روی حوضچه از خروجی های نرم افزار شبيه سازی هم میتوان به موارد زير اشاره كرد: -1 زمان و دمای لحظه به لحظه در طول فرآيند پر شدن قالب
- الگوی انجمادی شامل مسير حركت جبهه مذاب -3 دمای نقاط مختلف در حين سرد شدن جامد
- تشکيل مک های انقباضی
- سرعت سيلان مذاب در هر لحظه در هر مجرايی
لذا در اين مقاله هدف در ابتدا نشــان دادن حساســيت بيشتر چدن نشکن به عيوب انقباضی در مقايسه با ديگر چدن های گرافيتی در يک قطعه ثابت و نهايتا كاربرد بسيار مفيد از سيستم نرم افزاری شبيه سازی برای حل مشکلات انجمادی و ارايه نتايج حاصل از آن را مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
روش انجام آزمایشات:
آزمايشات انجام پذيرفته در اين تحقيق به دو دسته به شرح ذيل تقسيم بندی میگردد:
- نشان دادن تفاوت در تمايل به بروز عيوب انقباضی در چدن های نشکن نسبت به خاكستری
- استفاده از نرم افزار شبيه ســازی جهت حذف عيوب انقباضی در قطعات ريختگی از چدن نشکن
بــرای اين منظور قطعه كپه ياتاقان را به عنوان يکی از قطعات خودرو كه از هر دو جنس چدن نشــکن و خاكستری توليد میشود انتخاب شده و در شکل 1 تصوير سه بعدی اين قطعه نيز نشان داده شده است.وزن قطعــه فوق حــدود 8 كيلوگرم و ضخامت ضخيم ترين قســمت آن 3 سانتیمتر بوده كه آن را كلا مستعد كشيدگی مینمايد.
در مرحله اول سيستم راهگاهی مطابق شکل 2 برای اين قطعه طراحی و با شــرايط مندرج در جدول 1 ریخته گری به صورت دستی با ماسه قالب گيری تر با خط اتوماتيک انجام شد.نتايــج حاصل از ریخته گری 10 قالب 6 تايــی قطعات كپه ياتاقان از جنس چدن خاكســتری حاكی از عدم وجود حفرات انقباضی و كشــيدگی سطحی در قطعات بود.
در مرحلــه بعدی همين قطعه با ذوب نشــکن و بــدون تغذيه گذاری مطابق جدول 2 ریخته گری شــد كه علاوه بر كشيدگی های شديد سطحی در برش های متعدد از مقاطع مختلف حفرات انقباضی در قطعات مشــاهده گرديــد.
آناليز قطعات ريخته شــده در جدول 2 و شــرايط قالبگيری آن و خــواص مخلوط قالبگيری در جدول 3 آورده شــده و طراحی سيســتم راهگاهی آن كه به شکل سعی و خطا صورت پذيرفته بود در شکل 3 نشان داده شده است.در طراحی اين سيستم راهگاهی با توجه به محل كشيدگی ها كه به صورت وســيع سطح زيادی از قطعه را شامل میشــد بنا به تجربه روی آناليز و شرايط قالب گيری و ذوب ريزی تغييراتی داده شــد.
بدين شــکل كه استحکام و سختی قالب ها افزايش، درصد كربن و سيليســيم در مقدار حد اكثر در نظر گرفته شــد. از جمله ديگر تغييرات اساســی در اين سيستم تغذيه گذاری آن میباشد كه برای چهار قطعه به صورت تغذيه مشــترک بزرگ و برای دو قطعه تغذيه تکی طراحی گرديد كه در شکل 3 نشان داده شده است.
همانطور كه در شــکل فوق هم ديده میشود ورودی های متصل به قطعه برای هدايت ذوب به محفظه قالب به شــکل V طراحی شــده اســت تا بتوان تغذيه گذاری را انجام داد.قطعات ريخته شــده با شرايط جدول و شکل 3 نســبت به شرايط قبلی به مراتب بهتر بودند ولی در گلويی تغذيه در محل اتصال به قطعه حفرات درشــت انقباضی هنوز قابل مشــاهده بود و در سطح رويی قطعه كشيدگی جزيی رخ داده بود.
در مرحله بعدی با استفاده از نرم افزار شبيه سازی اقدامات به شرح زير صورت پذيرفت: مطابق شکل 4 ورودی قطعه كه همان گلويی تغذيه می باشد به يک راهباره تغيير داده شــد و تمامی ورودی های شبيه سازی را كه در بخش اول توضيح داده شــده بود را به سيستم وارد كرديم در ضمن دمای ذوب ريزی را به 1370-1400 درجه ســانتیگراد تغيير داديم كه نتايج شبيه سازی همراه با جانمايی به كار گرفته شده به شرح زير میباشد.
در شــکل های زير ســرعت ورود مذاب به محفظه قالب، زمان كل پر شدن قالب، ســرعت سرد شدن پس از پر شدن قالب و نقاط گرم و … نشان داده شده است. همانطور كه در شــکل 8 نشان داده شــده است نقاط گرم و مستعد عيوب كشيدگی مشخص شدهاند كه با پايين آوردن دما اين مشکل نيز برطرف گرديد.
بحث و نتیجه گری:
حال با توجه به آنچه در اين مقاله به آن اشــاره شــد لزوم اســتفاده از سيســتم نرم افزاری شبيه سازی اكنون امری الزامی برای ریخته گران حتی در رده كارگاه های كوچک تا متوســط ضروری می باشد كه با استفاده صحيح از آن بســياری از آزمايشات ســعی و خطا كه هر كدام هزینه های سربار بالايی را بــه كارخانجات تحميل میكنند حذف میشــود زيــرا در غير اين صورت مجموع هزینه های دوباره كاری و سربار از هزینه های مستقيم ضايعات بالاتر هم می باشــد.
شايان ذكر است امروزه برای ساير صنايع نيز از قبيل مهندسی عمران و ســازه، الکترونيک و … بســته به نياز آن مجموعــه نرم افزارهای شبيه سازی جايگاه ويژهای را به خود اختصاص دادند.
منابع:
منبع فارسی: آذر ماه 1395- مجله صنعت ریخته گری
ترجمه و تدوین: واحد نجاتی مازگر، حمیدرضا معصومی
آخرین مقالات



کنترل اثرپوستی در قطعات چدن با گرافیت فشرده

مکانیزم ترک خوردن فولادریختگی فریتی – آستنیتی
محصولات
مقالات و اخبار
تولید کننده قطعات ریخته گری چدن
امروزه تولید کننده های قطعات ریخته گری چدن نقش حیاتی در تأمین نیازهای صنعتی دارند. از آنجایی که قطعات چدنی در بخشهای مختلف صنعتی استفاده میشوند، انتخاب یک تولیدکننده معتبر و باکیفیت، میتواند به بهبود عملکرد تجهیزات و افزایش طول عمر آنها کمک کند. در این مقاله، نگاهی دقیق به فرآیند تولید قطعات چدنی، ویژگیهای یک تولید کننده قطعات چدنی حرفهای و نقش سهند آذرین در این صنعت خواهیم داشت.
تولید کننده قطعات آب و فاضلاب
صنعت آب و فاضلاب یکی از زیرساختهای حیاتی هر کشور است که نیاز به تجهیزات و قطعات مقاوم، بادوام و استاندارد دارد. سهند آذرین، به عنوان یکی از برترین تولیدکنندگان قطعات آب و فاضلاب، با بیش از ۲۰ سال تجربه در صنعت ریختهگری، انواع قطعات مورد نیاز این حوزه را تولید و عرضه میکند.
کنترل اثرپوستی در قطعات چدن با گرافیت فشرده
درک چگونگــی تشــکیل اثرپوســتی در صورت نیــاز به کاهش و یا حذف آن ضروری و لازم اســت. در قســمت دوم تحقیق حاضر به بررســی مکانیزم های تشــکیل اثرپوستی بر اساس یافته های ارایه شــده در قســمت اول مقاله پرداخته خواهد شد.
مکانیزم ترک خوردن فولادریختگی فریتی – آستنیتی
در فولادهــای ضدزنــگ دوفــازی (فریتی- آســتنیتی) پرآلیاژ خطر زیادی بــرای بروز تــرک عمدتا گرم در اثــر فرآیند جدایش میکروســکوپی و تغییر مکانیزم تبلور در مرحله نهایی آن وجود دارد. مقاله حاضر ادامه مشکلات مطرح شده در تحقیقات قبلی اســت.
ریخته گری فوم فولادی برای استحکام سبک وزن
ورقه ای و شــمش های فــولادی به عنوان محصــولات كارپذير چندين دهه اســت كه به دليل توليد آســان و قيمت پايين كاربردهای متنوعی دارند. اما شــركت فولادريزی “Maynard” در ميل واكی آمريکا يک ابتکاری را در فرآيند ريخته گری صفحات و شمشال فولادی ايجاد نموده كه میتواند انحصار فولادهای كارپذير را شکسته و فرصت و بازاری جديد برای صنايع ريخته گری فولاد فراهم نمايد كه قبلا قابل دسترس نبوده است.
افت خصوصیات بوته و اثر آن بر مصرف انرژی در جریان کارکرد
در سایه افزایش قیمت جهانی انرژی این تحقیق به منظور تشخیص تاثیرکاهش خصوصیات بوته های ریختهگری در مصرف انرژی در مدت زمان کارکرد بوته انجام شــده است.
تاثیر فرکانس ارتعاش بر ریز ساختار و عملکرد چدن پرکروم ریخته گری شده به روش فوم فداشونده
در تحقیق حاضر چدن های پرکروم (HCCIS) با روش ریخته گری با فوم فداشــونده (فرآیند LFC*) تولید شــد و برای ارتقای مقاومت به فرسایش چدن های پرکروم در حین انجماد از ارتعاش مکانیکی استفاده گردید و اثرات این ارتعاش مکانیکی بر ریزســاختار و عملکرد (HCCIS) در شــرایط ریختگی، پس از کوئنچ و برگشت داده شده مورد مطالعه قرار گرفت.
چدن سفید چیست؟ بررسی ویژگی و کاربردهای آن در صنعت
در میان انواع مختلف چدن، چدن سفید به دلیل سختی فوقالعاده و مقاومت بالا در برابر سایش، جایگاه ویژهای در صنایع مختلف دارد. این نوع چدن، برخلاف چدنهای رایج، فاقد ساختار گرافیتی بوده و بهجای آن، ترکیبی از کاربیدهای سخت را در بر دارد.
قطعات ماشین کاری شده
ماشینکاری یکی از اصلیترین روشهای تولید قطعات فلزی خودرو است که در آن با استفاده از ابزارهای برشی، تراشکاری، فرزکاری، سنگزنی و متهکاری، قطعاتی با دقت بالا ساخته میشوند. این فرآیند نقش مهمی در تولید قطعاتی ایفا میکند که نیازمند صافی سطح، دقت ابعادی و استحکام بالا هستند.
استفاده از نرم افزار شبیه سازی درحذف عیوب انقباضی درقطعات چدنی خودرو
امروزه فرآیند ریخته گری بیشــترین ســهم را در شکل دهی مواد فلزی به خود اختصاص میدهد. فرآیند ریخته گری شامل عملیات ذوب ریزی در محفظه قالب، انجماد و ســرد شــدن پس از انجماد و تخلیه از قالب می باشد. لذا این فرآیند شامل سرد شدن در حالت مذاب، یک تغییر حالت از مذاب به جامد و نهایتا سرد شدن از دمای انجماد تا دمای محیط میباشد.
تفاوت فولاد و چدن چیست؟ مقایسه ویژگیها و کاربردها
احتمالاً نام فولاد و چدن را زیاد شنیدهاید، اما آیا میدانید تفاوت بین فولاد و چدن دقیقاً چیست؟ هر دو این مواد از آهن ساخته شدهاند، اما ترکیب شیمیایی و ویژگیهای آنها باعث شده که در صنایع مختلف، کاربردهای متفاوتی داشته باشند.
قطعات ریختگی فولادی به روش فوم فداشونده (لاست فوم)
هنوز با وجود منافع بالقوه بسیار زیاد تولید قطعات فولادی به طور گسترده با روش لاست فوم (LFC) انجام نمیشود. این مزایای شامل حذف ماشین کاری به دلیل تلرانس معادل ریخته گری دقیق و یکپارچگی قطعه بوده که باعث حذف تکنولوژی ســاخت از طریق جوشــکاری میگردد. این مزیت ها هم از نظر اقتصادی و کاری موجب ایجاد یک زنجیره تامین جمع و جور خواهد شد.