عیوب معمول ریخته گری ناشی از ریختن: علل, پیشگیری

ریختن یکی از حیاتی ترین پیوندهای فرآیند در تولید ریخته گری شن و ماسه است, به عنوان رابط بین آماده سازی فلز مذاب و پر کردن حفره قالب عمل می کند.

ثبات, دقت و کنترل پذیری فرآیند ریختن به طور مستقیم سلامت داخلی را تعیین می کند, کیفیت سطح و قوام ابعادی ریخته گری تمام شده.

در عمل صنعتی, بخش بزرگی از عیوب ریخته گری مکرر - از جمله آخال های سرباره, تخلخل گاز, فرسایش شن و ماسه و ریزش های کوتاه - به تنهایی در اثر قالب گیری یا ذوب ایجاد نمی شوند, اما ناشی از عملیات ریختن نامناسب است, عدم تطابق انتخاب تجهیزات و پارامترهای ریختن کنترل نشده.

برای بسیاری از ریخته گری ها, تجهیزات ریختن اغلب بر اساس عادت یا هزینه اولیه به جای تطبیق سیستماتیک با ویژگی های خط قالب گیری انتخاب می شوند, مواد ریخته گری و الزامات کیفیت.

سیستم های ریختن نادرست نه تنها نرخ عیب را بالا می برد و بازده فرآیند را کاهش می دهد, بلکه ریتم خط قالب گیری را نیز مختل می کند, افزایش مصرف انرژی و کاهش عمر مفید تجهیزات.

1. فرآیند ریختن ایده آل چیست؟?

ریختن یکی از تعیین کننده ترین عملیات است ریخته گری فلز, با این حال یکی از سوء تفاهم‌ها نیز هست.

در مهندسی ریخته گری مدرن, ریختن بسیار بیشتر از انتقال فلز مذاب از ملاقه به قالب است.

این یک فرآیند پویا است که شامل جریان سیال است, انتقال حرارت, تعادل فشار, کنترل اکسیداسیون, و پر کردن قالب.

حتی در زمان ذوب شدن, قالب سازی, و طراحی دروازه بهینه شده است, عملکرد ضعیف ریختن هنوز می تواند منجر به نقص جدی ریخته گری شود.

برعکس, یک عملیات ریختن عالی نمی تواند نقص در طراحی دروازه را جبران کند, نفوذپذیری قالب, یا طراحی رایزر.

درک اینکه واقعاً چه چیزی را تشکیل می دهد فرآیند ریختن ایده آل بنابراین برای بهبود کیفیت ریخته گری اساسی است, کارایی تولید, و ثبات فرآیند.

باورهای غلط رایج در مورد کیفیت ریختن

بسیاری از کارخانجات ریخته گری عملکرد ریختن را با استفاده از معیارهای بسیار ساده ارزیابی می کنند که به طور دقیق کیفیت خود فرآیند ریختن را منعکس نمی کند..

یکی از تصورات غلط رایج این است که ریختن موفقیت آمیز صرفاً به معنای تحویل مقدار مورد نیاز فلز مذاب به داخل قالب در یک زمان ریختن مشخص است..

در حالی که زمان ریختن بدون شک مهم است, این تنها یک پارامتر فرآیند را نشان می دهد.

ریخته گری پر شده در زمان هدف همچنان می تواند از تلاطم رنج ببرد, اکسیداسیون, حباب سرباره, تخلخل گاز, یا فرسایش قالب اگر جریان فلز ناپایدار باشد.

تصور نادرست دیگر این است که ریختن ایده‌آل باید قطعات ریخته‌گری را بدون هیچ نقصی تولید کند.

در واقعیت, کیفیت ریخته گری نتیجه ترکیبی از چندین سیستم به هم پیوسته است, از جمله عمل ذوب, ترکیب آلیاژی, طراحی دروازه و بلند, مواد قالب, پوشش ها, شرایط ریختن, و کنترل انجماد.

عیوب ناشی از طراحی نادرست سیستم دروازه, نفوذپذیری ناکافی قالب, یا تغذیه ناکافی را نباید به تنهایی به ریختن نسبت داد.

به عبارت دیگر, ریختن تنها یک حلقه در زنجیره تولید است. عملکرد آن باید با توجه به اینکه آیا پایدار است ارزیابی شود, کنترل می شود, و پر کردن قالب قابل تکرار تحت شرایط فرآیند طراحی شده.

معیار اساسی یک فرآیند ریختن ایده آل

از هر دو منظر نظری و صنعتی, پذیرفته شده ترین تعریف از ریختن بهینه ساده است:

یک فرآیند ریختن ایده آل، فرآیندی است که در آن اپراتور یا سیستم ریختن خودکار، فنجان اسپرو را به طور مداوم در تمام چرخه ریختن کاملاً پر از فلز مذاب نگه می دارد - از لحظه شروع ریختن تا زمانی که حفره قالب به طور کامل پر شود..

اگرچه در ظاهر ساده است, این اصل چندین مفهوم اساسی از دینامیک سیالات ریخته گری را منعکس می کند.

نگهداری یک فنجان پر از اسپرو یک سر هیدرواستاتیک پایدار ایجاد می کند که فلز مذاب را به آرامی از طریق اسپرو هدایت می کند., دونده, و دروازه ها.

به جای شتاب و کاهش مکرر, فلز مایع تحت فشار تقریبا ثابت جریان دارد, تولید یک الگوی پر کردن قابل پیش بینی تر و یکنواخت تر.

سطح مایع پایدار همچنین از تشکیل جریان های فلزی با سقوط آزاد در داخل اسپرو جلوگیری می کند.

هر زمان که فنجان اسپرو تا حدی خالی شود, فلز مذاب قبل از ورود به سیستم دروازه به صورت عمودی از طریق هوا می افتد.

این حرکت سقوط آزاد هوا را به داخل جریان فلزی هدایت می کند, تلاطم به طور چشمگیری افزایش می یابد, اکسیداسیون, و گرفتار گاز.

لایه‌های اکسیدی و دوفیلم‌های حاصل می‌توانند بعداً به آخال‌های سرباره تبدیل شوند, سوراخ های دمیدن, یا سایت های شروع ترک خستگی.

مزیت مهم دیگر این است که آرامش است, فنجان کامل اسپرو اجازه می دهد تا فیلم های اکسیدی ایجاد شود, ذرات سرباره, و ناخالصی های شناور به جای کشیده شدن به داخل سیستم دروازه، روی سطح فلز مذاب باقی می مانند.

تا زمانی که سطح مایع ثابت بماند, احتمال کمتری وجود دارد که این آلاینده ها وارد حفره قالب شوند و در داخل قالب ریخته گری جاسازی شوند..

ریختن نمی تواند طراحی ضعیف فرآیند را جبران کند

شناخت محدودیت های کنترل ریختن به همان اندازه مهم است.

اگر سیستم گیتینگ کمتر از اندازه باشد و نتواند دبی فلزی مورد نیاز را تامین کند, فنجان اسپرو به ناچار سرریز می شود یا زمان ریختن بیش از حد طولانی می شود.

برعکس, اگر سیستم دروازه بزرگ باشد, فلز مذاب ممکن است خیلی سریع تخلیه شود, جلوگیری از پر ماندن فنجان اسپرو و ​​اجازه دادن هوا, قرقره, و زباله های کپک برای ورود به سیستم.

به همین ترتیب, عیوب ناشی از نفوذپذیری ناکافی قالب, تهویه ضعیف, کیفیت پوشش ناکافی, یا هندسه دروازه ای نامناسب نباید به عنوان خرابی عملیات ریختن تفسیر شود.

اینها مسائل طراحی مهندسی هستند که باید به طور مستقل مورد بررسی قرار گیرند.

بنابراین مسئولیت کنترل ریختن، اصلاح نواقص در جای دیگری در فرآیند ریخته گری نیست, اما برای ارائه پایدارترین, پیوسته, و جریان فلز مذاب کنترل شده که سیستم دروازه ای طراحی شده قادر به مدیریت آن است.

اهمیت مهندسی نگهداری یک فنجان کامل اسپرو

نگهداری یک فنجان پر از اسپرو بسیار بیشتر از یک دستورالعمل عملیاتی است - این سنگ بنای تمرین ریختن با کیفیت بالا است..

این اصل ساده چندین مزیت مهندسی را به طور همزمان ارائه می دهد:

• یک سر هیدرواستاتیک پایدار ایجاد می کند که باعث پر شدن یکنواخت قالب می شود.
• آشفتگی و تشکیل موج سطحی در داخل سیستم دروازه را به حداقل می رساند.
• از آسپیراسیون هوا جلوگیری می کند و تولید فیلم اکسید را کاهش می دهد.
• سرباره ها و آخال های شناور را در سطح فنجان اسپرو به جای حمل آنها به داخل حفره قالب نگه می دارد..
• سرعت پر شدن ثابت تری ایجاد می کند, بهبود دقت ابعاد و کاهش عیوب مربوط به جریان.
• تکرارپذیری را برای هر دو سیستم ریختن دستی و خودکار افزایش می دهد.

در نهایت, ریختن بهینه با سرعت انتقال فلز مذاب یا اینکه آیا هر ریخته گری بدون نقص است تعریف نمی شود..

در عوض, با توانایی نگهداری تعریف می شود یک فنجان اسپرو پر و یک اصطبل, جریان بدون وقفه فلز در کل عملیات ریختن, سیستم دروازه را قادر می سازد تا تحت شرایط هیدرولیکی مورد نظر خود عمل کند.

این اصل به ظاهر ساده شالوده فناوری ریخته گری مدرن را تشکیل می دهد و یکی از مؤثرترین راه ها برای بهبود کیفیت ریخته گری در تقریباً تمام فرآیندهای ریخته گری است..

2. عیوب معمول ریخته گری ناشی از ریختن نامناسب

ریختن آخرین عملیات قبل از شروع انجماد است, آن را به یکی از تاثیرگذارترین مراحل در تعیین کیفیت ریخته گری تبدیل می کند.

در حین پر شدن قالب, فلز مذاب دستخوش تغییرات سریع در سرعت می شود, فشار, دما, و حالت اکسیداسیون.

حتی زمانی که فرآیند ذوب, کیفیت قالب, و سیستم دروازه به خوبی طراحی شده است, ریختن ناپایدار می تواند الگوی پر شدن مورد نظر را مختل کند و نقص هایی ایجاد کند که در طی پردازش بعدی قابل اصلاح نیستند..

از منظر مهندسی, بیشتر عیوب مربوط به ریختن از یک یا چند مکانیسم زیر سرچشمه می گیرد:

• تلاطم بیش از حد در هنگام پر شدن قالب
• آسپیراسیون هوا به داخل جریان فلز مذاب
• تولید فیلم اکسید و حباب
• دمای ریختن نامناسب
• سرعت ریختن نامناسب یا وقفه
• سطح مایع ناپایدار در فنجان اسپرو
• فرسایش بیش از حد سطوح قالب
• انجماد زودرس در هنگام پر کردن

هر نقص مکانیسم تشکیل خاص خود را دارد, اما بسیاری از آنها علت اصلی یکسانی دارند - از دست دادن جریان ثابت و کنترل شده فلز.

اجزاء سرباره

ورود سرباره یکی از شایع ترین عیب های مرتبط با ریختن نامناسب است.

به نظر می رسد به عنوان اجزاء غیر فلزی در داخل ریخته گری به دام افتاده است و می تواند به طور قابل توجهی مقاومت مکانیکی را کاهش دهد., سفتی فشار, و زندگی خستگی.

در حین ریختن, سطح فلز مذاب به طور مداوم در معرض اکسیژن است.

اگر جریان ریزش قطع شود یا متلاطم شود, فیلم های اکسید به طور مکرر شکسته شده و به فلز مایع تا می شود.

سرباره سطحی شناور در ملاقه یا حوضچه ریختن نیز ممکن است در زمانی که فنجان اسپرو در سطح کامل نگهداری نمی شود به داخل سیستم دروازه کشیده شود..

ریختن نامناسب می‌تواند از طریق مکانیسم‌های متعددی باعث رشد سرباره شود. ارتفاع ریزش بیش از حد بالا باعث افزایش تلاطم و اکسیداسیون می شود.

تخلیه مکرر فنجان اسپرو اجازه می دهد تا هوا و آلودگی های سطحی وارد اسپرو شوند.

تغییرات ناگهانی در سرعت ریختن سطح مایع را مختل می کند و سرباره را به سیستم دونده منتقل می کند. سرباره ناکافی قبل از ریختن احتمال آلودگی را بیشتر می کند..

بر خلاف عیوب انقباض, آخال های سرباره را نمی توان با اصلاح طرح رایزر تعمیر کرد.

جلوگیری از آنها در درجه اول به حفظ یک جریان ریزش پایدار بستگی دارد, به حداقل رساندن تلاطم, و حصول اطمینان از اینکه لایه های اکسیدی به جای حباب شدن در قالب ریخته گری روی سطح باقی می مانند.

تخلخل گاز

تخلخل گاز زمانی اتفاق می افتد که گازها در داخل فلز مذاب به دام می افتند و نمی توانند قبل از انجماد خارج شوند.

نقص های حاصل ممکن است به صورت منافذ کروی جدا شده ظاهر شوند, خوشه های سوراخ دمنده, یا ریز تخلخل پراکنده.

اگرچه هیدروژن محلول, رطوبت قالب, و تجزیه بایندر همگی به تولید گاز کمک می کنند, ریختن ناپایدار اغلب شرایطی را فراهم می کند که به گازها اجازه می دهد به دام بیفتند.

هنگامی که جریان ریزش آزادانه از طریق هوا می شکند یا می افتد, مقدار زیادی هوا در فلز مذاب مخلوط می شود.

جریان متلاطم بیشتر این حباب‌های هوا را به صورت حباب‌های ریز پراکنده می‌کند که حذف آن‌ها قبل از انجماد سخت‌تر می‌شود..

اگر پر شدن قالب بیش از حد سریع باشد, گازهای تولید شده از پوشش ها, فیلم ها, یا مواد قالب نیز ممکن است به دام بیفتند زیرا نمی توانند به سرعت از قالب خارج شوند.

ریختن مناسب تخلخل گاز را با حفظ جریان مداوم فلز به حداقل می رساند, کاهش تلاطم, و زمان کافی برای خروج گازها از سیستم دروازه و قالب فراهم می کند.

Sand Erosion و Sand Wash

فرسایش شن و ماسه, اغلب به عنوان شستشوی شن و ماسه شناخته می شود, زمانی اتفاق می‌افتد که فلز مذاب با سرعت بالا به سطح قالب آسیب می‌رساند و ذرات ماسه شل را به داخل حفره ریخته‌گری می‌برد..

این نقص به ویژه در نزدیکی دروازه ها رایج است, دونده, و مناطقی که فلز ورودی مستقیماً به دیواره قالب برخورد می کند.

شدت فرسایش نه تنها به استحکام قالب بستگی دارد بلکه به انرژی جنبشی فلز مذاب نیز بستگی دارد..

سرعت ریختن بیش از حد بالا, تغییرات ناگهانی در جهت جریان, یا جت موضعی می تواند به سرعت سطح قالب را قبل از اینکه یک پوسته فلزی جامد شده زمان تشکیل دهد، از بین ببرد.

در ریخته گری V-Process, که در آن ماسه خشک بدون پیوند عمدتاً توسط خلاء یکپارچه می شود, انرژی ضربه بیش از حد نیز ممکن است به پوشش نسوز آسیب برساند, قرار دادن ماسه سست در زیر آن.

عیوب حاصل شامل سطوح ریخته گری ناهموار است, اجزای شن و ماسه تعبیه شده, عدم دقت ابعاد, و کاهش سطح پرداخت.

نفوذ فلز و سوختن

نفوذ فلز زمانی اتفاق می‌افتد که فلز مذاب به فضای بین دانه‌های شن و ماسه تحت فشار بالا یا دمای بالا نفوذ کند..

سوختن زمانی ایجاد می شود که فلز با سطح قالب واکنش می دهد یا به طور مکانیکی به ذرات ماسه متصل می شود., تمیز کردن را دشوار می کند.

اگرچه خواص ماسه به شدت بر این عیوب تأثیر می گذارد, شرایط ریختن اغلب تعیین می کند که آیا نفوذ واقعاً رخ می دهد یا خیر.

دمای ریختن بیش از حد، ویسکوزیته فلز را کاهش می دهد و توانایی آن را برای نفوذ به سطح قالب افزایش می دهد..

فشار متالواستاتیک بالا ناشی از ریختن ناپایدار یا ارتفاع بیش از حد سر، فلز مذاب را بیشتر به ساختار ماسه ای وارد می کند..

پر شدن آشفته همچنین ممکن است به صورت موضعی لایه پوشش محافظ را از بین ببرد, افزایش تماس مستقیم بین فلز مذاب و قالب.

حفظ دمای ریختن مناسب و جریان پایدار فلز به طور قابل توجهی خطر عیوب مربوط به نفوذ را کاهش می دهد..

سرد بسته

هنگامی که دو جریان فلز مذاب پیشروی به هم می رسند اما به یک ساختار پیوسته تبدیل نمی شوند، یک بسته سرد تشکیل می شود..

این عیب معمولاً به صورت یک درز صاف یا ترک نازک روی سطح ریخته گری ظاهر می شود.

بسته های سرد نشان می دهد که جبهه های فلزی قبل از ادغام شروع به جامد شدن کرده اند.

ریختن نامناسب زمانی که سرعت ریختن خیلی کند باشد به این عیب کمک می کند, دمای فلز کافی نیست, یا عملیات ریختن قطع شود.

تحت این شرایط, اولین بخش از فلز مذاب در حالی که منتظر پر شدن حفره باقی مانده است، به سرعت گرما را از دست می دهد.

وقتی فلز بعدی رسید, این دو جبهه نمی توانند از نظر متالورژی به هم متصل شوند.

ریخته گری های دیواری نازک, مسیرهای جریان طولانی, و آلیاژهای با سیالیت محدود به ویژه حساس هستند.

ریزش مداوم بدون وقفه یکی از موثرترین روش ها برای جلوگیری از تعطیلی سرد است.

سوء هاضمه

زمانی که فلز مذاب قبل از پر شدن کامل حفره قالب، جامد می‌شود، عملکرد اشتباه رخ می‌دهد, بخش هایی از ریخته گری شکل نگرفته است.

برخلاف تعطیلات سرد, که شامل همجوشی ناقص بین دو جبهه فلزی است, اشتباهات ناشی از پر شدن ناقص قالب است.

شرایط ریزش نقش تعیین کننده ای در این عیب دارد. فلزی که خیلی آهسته ریخته می شود قبل از رسیدن به بخش های دورافتاده حفره دمای خود را از دست می دهد.

دمای ریختن بیش از حد پایین باعث کاهش بیشتر سیالیت می شود, در حالی که وقفه های مکرر اجازه می دهد تا انجماد موضعی قبل از تکمیل پر شدن آغاز شود.

Misruns اغلب در بخش های نازک رخ می دهد, هندسه های پیچیده, و ریخته گری با فواصل پر کردن طولانی.

ریختن پایدار همراه با دمای ریختن مناسب برای پر شدن کامل قالب ضروری است.

فیلم اکسید (فیلم زنبور عسل) نقص

تحقیقات ریخته گری مدرن نشان داده است که فیلم های اکسیدی, معمولا به عنوان دو فیلم شناخته می شود, یکی از مضرترین عیوب داخلی در فلزات ریخته گری هستند.

هر زمان که فلز مذاب دچار تاخوردگی آشفته شود, سطح اکسید شده آن می تواند بر روی خود تا شود, ایجاد یک فیلم اکسیدی دولایه با رابط غیرپیوندی.

این دوفیلم‌ها مانند شکاف‌های از پیش موجود در قالب‌سازی عمل می‌کنند.

ریختن نامناسب به طور چشمگیری تشکیل دو لایه را افزایش می دهد زیرا جریان فلز ناپایدار به طور مکرر سطح مایع را تا می کند..

هر وقفه جریان ریزش, هر پاشش داخل اسپرو, و هر ضربه متلاطم به دیواره قالب، احتمال جذب اکسید را افزایش می دهد.

اگرچه بایفیلم ها بسیار نازک هستند و با استفاده از روش های بازرسی مرسوم اغلب نامرئی هستند, آنها به طور قابل توجهی قدرت خستگی را کاهش می دهند, شکل پذیری, چقرمگی شکست, و یکپارچگی فشار.

بنابراین کنترل اغتشاش در حین ریختن یکی از موثرترین راهبردها برای بهبود قابلیت اطمینان درازمدت ریخته گری است..

پاشیدن قالب و عیوب پاشش فلز

پاشش زمانی اتفاق می افتد که فلز مذاب با سرعت زیاد به حفره قالب برخورد کند یا گازهای تولید شده در حین پر کردن به سرعت از سیستم دروازه خارج شوند..

علاوه بر ایجاد خطرات ایمنی, پاشیدن چند مشکل کیفی ایجاد می کند.

قطرات پراکنده تقریباً فوراً اکسید می شوند, تولید لایه‌های اکسیدی اضافی که ممکن است بعداً در قالب ریخته‌گری به دام بیفتند.

پاشیدن هم باعث افزایش اتلاف حرارت می شود, سطوح قالب را با ذرات اکسید آلوده می کند, و ممکن است پوشش های اطراف ناحیه دروازه را فرسایش دهد.

در موارد شدید, پاشیدن می تواند به حفره قالب آسیب برساند, منجر به بی نظمی های سطحی و آخال های موضعی می شود.

طراحی مناسب دروازه, سرعت ریختن پایدار, و حفظ یک فنجان پر از اسپرو تا حد زیادی تمایل به پاشیدن را کاهش می دهد.

زنجیر گنجاندن در نزدیکی خط جدایی

ریخته گری های خاص, به ویژه آنهایی که توسط V-Process تولید می شوند, گاهی اوقات آخال های زنجیره مانندی را نشان می دهند که در امتداد خط جدایی یا اطراف مناطقی که پوشش های نسوز انباشته می شوند توزیع می شوند..

این عیوب اغلب از مخلوط پیچیده ای از ذرات ماسه تشکیل شده است, قطعات پوشش, فیلم های اکسیدی, و سرباره.

تشکیل آنها ارتباط نزدیکی با شرایط ریختن و آماده سازی قالب دارد.

اگر رسوبات پوشش ضخیم به اندازه کافی خشک نشده باقی بمانند, محصولات تجزیه فیلم پلاستیکی نمی توانند به طور موثر در طول ریختن فرار کنند.

همانطور که فلز مذاب به سرعت حفره را پر می کند, فیلم نیمه تجزیه شده, قطعات پوشش, و ذرات شن ممکن است به هم پیچیده شده و در داخل فلز محصور شوند, تشکیل عیوب شکمی زنجیری شکل.

حفظ دمای مناسب قالب, اطمینان از خشک شدن کامل پوشش, بهینه سازی هواگیری, و اجتناب از تلاطم ریختن بیش از حد برای جلوگیری از این نوع نقص ضروری است.

3. انتخاب تجهیزات ریخته گری و تأثیر آن بر کیفیت ریخته گری

انتخاب تجهیزات ریخته گری مناسب به اندازه طراحی سیستم دروازه مهم است.

متاسفانه, بسیاری از ریخته گری ها ماشین های ریخته گری را بر اساس سرعت تولید یا سرمایه گذاری اولیه به جای در نظر گرفتن نوع ریخته گری انتخاب می کنند., پیکربندی خط قالب گیری, مشخصات فلز مذاب, و ثبات فرآیند.

یک سیستم ریختن نامناسب می تواند باعث کاهش بیش از حد دما شود, نرخ جریان ناپایدار, دقت ریختن متناقض, و عیوب ریختگی مکرر.

خطوط قالب گیری فلاسک افقی

برای خطوط قالب گیری فلاسک افقی معمولی با نرخ تولید نسبتا پایین, سیستم های ریختن دستی یا ملاقه با کمک مکانیکی اغلب کافی هستند.

با این حال, خطوط قالب گیری اتوماتیک با سرعت بالا به پایداری فرآیند بسیار بیشتری نیاز دارند.

این سیستم های تولید اغلب به دلیل تنظیم هسته، وقفه های موقتی را تجربه می کنند, جابجایی قالب, تعمیر و نگهداری تجهیزات, یا اتوماسیون پایین دست.

تحت چنین شرایطی, تجهیزات ریختن باید دمای فلز مذاب را بدون وقفه در تولید حفظ کند.

برای تولید آهن خاکستری, کوره های ریختن فشار گرم به طور کلی راه حل بهینه در نظر گرفته می شوند زیرا آنها:

• دمای فلز را تقریباً ثابت نگه دارید
• کنترل دقیق ریختن را فراهم کنید
• کاهش اکسیداسیون
• تکرارپذیری ریختن را بهبود بخشید
• در طول توقف موقت تولید به عنوان بافر حرارتی خدمت کنید
• بهبود قوام ریخته گری

در مقابل, سیستم های ریختن ملاقه غیر گرم ممکن است کاهش دما را تجربه کنند 5-8 درجه سانتیگراد در دقیقه, آنها را برای بزرگ نامناسب می کند, ریخته گری پیچیده آهن خاکستری زمانی که وقفه در تولید رخ می دهد.

تولید چدن داکتیل

آهن چالش های متفاوتی را ارائه می دهد.

زیرا آهن گرافیت کروی به طور مداوم سرباره اکسید تولید می کند و منیزیم به تدریج پس از تصفیه محو می شود., نگهداری طولانی مدت در داخل کوره های ریخته گری گرم، تجمع سرباره و نیازهای نگهداری را افزایش می دهد.

برای بسیاری از ریخته گری های چدن داکتیل با حجم متوسط, ملاقه های ریختن عایق بدون گرما اغلب ترجیح داده می شوند زیرا:

• فلز هر 8 تا 10 دقیقه یکبار پر می شود.
• محو شدن منیزیم زمان نگهداری را بدون توجه به طراحی کوره محدود می کند.
• حذف سرباره آسانتر از کوره های ریخته گری تحت فشار است.
• تغییرات آلیاژی انعطاف پذیرتر هستند.

با این وجود, بسیاری از ریخته‌گری‌های پیشرفته اروپایی و آمریکای شمالی هنوز از کوره‌های ریخته‌گری با فشار گرم برای ریخته‌گری‌های چدن داکتیل با کیفیت بالا استفاده می‌کنند., پذیرش تعمیر و نگهداری اضافی در ازای پایداری دمایی برتر, فلز مذاب تمیز کننده, و سازگاری ریخته گری را بهبود بخشید.

4. کوره های ریختن فشار گرم: بدون هسته در مقابل. نوع کانال

کوره های ریختن فشار گرم به راه حل ترجیحی برای بسیاری از ریخته گری های خودکار مدرن تبدیل شده اند زیرا آنها ترکیب می شوند. کنترل دما, تمیزی فلز, دوز دقیق, و قابلیت تولید مستمر در یک سیستم واحد.

بر خلاف ملاقه ریختن معمولی, این کوره ها فلز مذاب را در دمای پایدار نگه می دارند در حالی که فلز را از طریق سیفون یا لوله رایزر تحت فشار می فرستند., به حداقل رساندن تلاطم و اکسیداسیون در طول چرخه ریختن.

امروز, کوره های ریختن فشار گرم به طور کلی به دو دسته تقسیم می شوند نوع کانال (کانال القایی) و القایی بدون هسته طرح.

اگرچه هر دو از ریختن به کمک فشار استفاده می کنند و پایداری فرآیند عالی را ارائه می دهند, اصول عملکرد آنها, الزامات نگهداری, انعطاف پذیری, و عملکرد اقتصادی به طور قابل توجهی متفاوت است.

بنابراین انتخاب نوع کوره مناسب باید بر اساس حجم تولید باشد, تنوع آلیاژی, پیچیدگی ریخته گری, و استراتژی عملیاتی کارخانه.

مزایای کوره های ریختنی تحت فشار گرم

صرف نظر از طراحی کوره, سیستم های ریختن فشار گرم چندین مزیت مهم نسبت به ملاقه های ریختن معمولی دارند.

اولین مزیت ثبات دمایی عالی است.

از آنجایی که فلز مذاب به طور مداوم گرم می شود, نوسانات دما حتی در طول دوره های تولید طولانی مدت یا وقفه های موقت حداقل است.

دمای ریختن پایدار به طور مستقیم رفتار پر شدن قالب را بهبود می بخشد, خاموشی های سرد و اشتباه را کاهش می دهد, و سازگاری ابعادی را افزایش می دهد.

دوم, ریختن فشار فلز مذاب تمیزتری را تولید می کند.

در حین کار, فیلم های سرباره و اکسید به طور طبیعی روی سطح فلز شناور می شوند در حالی که فلز تمیز از طریق لوله ریختن زیر آب خارج می شود..

در نتیجه, فلزی که وارد سیستم دروازه می شود دارای اجزای بسیار کمتری نسبت به فلزی است که از یک ملاقه باز ریخته می شود..

یکی دیگر از مزایای مهم دقت بالای ریختن است.

کوره های فشار ریختن مدرن سیستم های توزین الکترونیکی را یکپارچه می کنند, موقعیت یابی لیزری, و منحنی های ریختن قابل برنامه ریزی, امکان کنترل دقیق وزن ریختن, نرخ ریختن, و مدت زمان ریختن.

این به ویژه برای خطوط قالب گیری خودکار با حجم بالا که در آن تکرارپذیری مستقیماً بر عملکرد ریخته گری تأثیر می گذارد ارزشمند است..

ظرفیت کوره بزرگ نیز به عنوان یک موثر عمل می کند بافر حرارتی در داخل خط تولید.

زیرا حجم قابل توجهی از فلز مذاب در داخل کوره ذخیره می شود, وقفه های کوتاه در عملیات قالب گیری به ندرت نیاز به ذوب مجدد یا اصلاح دما دارد, در نتیجه کارایی کلی تولید را بهبود می بخشد.

کوره های ریختن فشار گرم از نوع کانالی

کوره های فشار ریختن نوع کانالی از یک کانال القایی متصل به حمام فلز مذاب اصلی.

سیم پیچ القایی فلزی را که از طریق کانال باریک در گردش است گرم می کند, در حالی که گردش الکترومغناطیسی به طور مداوم گرما را به کل کوره منتقل می کند.

این فناوری بالغ به طور گسترده در ریخته گری خودرو مورد استفاده قرار گرفته است, تولید بلوک موتور, ساخت قطعات ترمز, و سایر عملیات ریخته گری در مقیاس بزرگ که تولید مداوم طولانی مدت مورد نیاز است.

مزایا

بزرگترین قدرت کوره های کانالی در آنها نهفته است بهره وری انرژی استثنایی.

زیرا فقط فلز مذاب داخل کانال القایی مستقیماً گرم می شود, انرژی الکتریکی بسیار کارآمد استفاده می شود, منجر به کاهش هزینه های عملیاتی در طول تولید مداوم می شود.

مزیت عمده دیگر این است حفظ حرارت عالی.

مخزن بزرگ فلز مذاب دماهای بسیار پایدار را با حداقل نوسانات حفظ می کند, این کوره را برای سیستم های ریختن خودکار که در تمام ساعات شبانه روز کار می کنند ایده آل می کند.

پوشش نسوز نیز از عمر نسبتاً طولانی برخوردار است.

تحت شرایط تولید پایدار, بسیاری از کوره های کانالی می توانند کار کنند دو سال یا بیشتر قبل از نیاز به تعویض عمده نسوز, به طور قابل توجهی هزینه های تعمیر و نگهداری را کاهش می دهد.

ظرفیت نگهداری بزرگ آنها بافر تولید فوق العاده ای را فراهم می کند, و هنگامی که حفاظت نیتروژن استفاده می شود, اکسیداسیون را می توان با افزایش بازیابی منیزیم در طول تولید آهن شکل به حداقل رساند.

محدودیت ها

با وجود این مزایا, کوره های کانالی نسبت به سایر سیستم ها انعطاف کمتری دارند.

زیرا کانال القایی باید پر از فلز مذاب باقی بماند, کوره به طور کلی نمی توان به طور کامل تخلیه کرد در طول عملیات عادی.

در نتیجه, تغییر درجه های آلیاژ یا جابجایی بین مواد مختلف ریخته گری هم زمان بر و هم گران است.

برق مداوم نیز ضروری است. هرگونه قطع برق طولانی مدت ممکن است به کانال القایی آسیب برساند یا باعث انجماد فلز شود, به این معنی که سیستم های برق پشتیبان اضطراری اغلب برای عملکرد قابل اعتماد مورد نیاز هستند.

این ویژگی ها کوره های کانالی را برای تولید کارخانه های ریخته گری مناسب تر می کند مقادیر زیادی از یک آلیاژ منفرد در کمپین های تولید طولانی مدت, که در آن تغییرات آلیاژ نادر است.

کوره های ریختن فشار گرم بدون هسته

کوره های ریختن فشار بدون هسته نشان دهنده نسل جدیدتری از تجهیزات ریخته گری گرم می باشد.

به جای تکیه بر یک کانال القایی, کل حمام فلز مذاب مستقیماً توسط یک سیستم القایی بدون هسته گرم می شود.

این طراحی بسیاری از محدودیت های عملیاتی مرتبط با کوره های کانالی را حذف می کند و در عین حال مزایای اساسی ریختن فشار را حفظ می کند..

مزایا

مهم ترین فایده آن است انعطاف پذیری تولید.

از آنجایی که هیچ کانال القایی نباید به طور دائم پر بماند, در صورت لزوم می توان کوره را به طور کامل تخلیه کرد.

تغییر آلیاژ بسیار ساده تر می شود, این سیستم را برای ریخته گری هایی که مواد متعدد یا دسته های کوچک تولید می کنند بسیار مناسب می کند.

تعمیر و نگهداری نیز راحت تر است زیرا کوره را می توان خنک کرد, خالی شده, و بدون محدودیت های عملیاتی اعمال شده توسط یک کانال القایی دائمی مجدداً راه اندازی شد.

بنابراین کوره های بدون هسته به طور فزاینده ای در کارگاه های ریخته گری استفاده می شوند, کارخانه های ریخته گری دقیق, و امکاناتی که اغلب بین آهن خاکستری جابجا می شوند, آهن, فولاد ضد زنگ, و تولید فولاد آلیاژی.

محدودیت ها

انعطاف پذیری بیشتر با چندین معاوضه همراه است.

کوره های بدون هسته به طور کلی نیاز دارند حجم فلز باقیمانده بالاتر در طول عملیات برای حفظ راندمان گرمایش الکترومغناطیسی پایدار.

مصرف انرژی معمولاً بیشتر از کوره های کانالی است, به خصوص در زمان تولید مداوم, از آنجایی که کل حمام مذاب باید به جای تنها کانال القایی گرم شود.

سایش نسوز نیز شدیدتر است زیرا کوره چرخه حرارتی بیشتر و هم زدن مستقیم الکترومغناطیسی را تجربه می کند..

در نتیجه, عمر مفید آستر معمولاً کوتاهتر از کوره های کانالی قابل مقایسه است.

مقایسه بین کوره های بدون هسته و کانالی

5. استراتژی های مهندسی برای جلوگیری از عیوب ریختن

جلوگیری از عیوب مربوط به ریختن به جای بهبود صرفاً مهارت های اپراتور نیازمند یک رویکرد مهندسی سیستماتیک است..

ریخته گری های مدرن با ادغام کردن، بازده ریخته گری بالایی را به دست می آورند ذوب شدن, درمان فلز, تکنولوژی ریختن, دبستان, تهیه قالب, نظارت بر فرآیند, و اتوماسیون تجهیزات به یک سیستم کنترل فرآیند یکپارچه.

از آنجایی که ریختن تنها یک مرحله از فرآیند ریخته گری را نشان می دهد, پیشگیری از نقص باید بر حفظ جریان فلز مذاب پایدار و در عین حال حذف منابع تلاطم متمرکز شود, اکسیداسیون, گیر افتادن گاز, و نوسان دما.

چندین اصل مهندسی به ویژه مؤثر بوده اند.

اولی, ریختن باید همیشه حوضچه ریختن کامل را حفظ کند.

سطح مایع پایدار، آسپیراسیون هوا را به حداقل می رساند, اکسیداسیون را کاهش می دهد, و جریان ثابت فلز را در سراسر پر شدن قالب تضمین می کند.

دوم, دمای ریختن باید به دقت با مشخصات آلیاژ مطابقت داشته باشد, هندسه ریخته گری, ضخامت دیواری, و زمان پر کردن.

دمای بیش از حد باعث افزایش اکسیداسیون و نفوذ می شود, در حالی که دمای ناکافی باعث تعطیلی سرد و اشتباه می شود.

سوم, تجهیزات ریختن باید با توجه به خط تولید انتخاب شود نه اینکه به عنوان یک راه حل جهانی در نظر گرفته شود.

خطوط قالب گیری اتوماتیک با سرعت بالا معمولاً از کوره های ریختن فشار گرم با کنترل دقیق دما بهره می برند., در حالی که خطوط قالب گیری معمولی ممکن است عملکرد رضایت بخشی را با ملاقه های عایق یا سیستم های ریختن مکانیکی به دست آورند..

نگهداری مناسب ملاقه به همان اندازه مهم است. سایش نسوز, تجمع سرباره, و تلفات حرارتی بیش از حد، پایداری ریختن را کاهش می دهد و باید به طور مداوم نظارت شود.

اتوماسیون نیز نقش مهمی را ایفا می کند.

سیستم های ریختن مدرن مجهز به سنجش سطح لیزری, نظارت حرارتی, و کنترل حلقه بسته می تواند نرخ ریزش بسیار ثابتی را حفظ کند, بهبود تکرارپذیری در عین کاهش وابستگی به تجربه اپراتور.

در نهایت, بهینه سازی فرآیند باید سیستم ریخته گری را به عنوان یک کل در نظر بگیرد. پارامترهای ریختن, دبستان, نفوذپذیری قالب, عملکرد پوشش, و رفتار انجماد به هم وابسته هستند.

بهینه سازی تنها یک متغیر به ندرت عیوب را برطرف می کند مگر اینکه فرآیند کامل ارزیابی شود.

6. نتیجه گیری

ریختن بسیار بیشتر از انتقال ساده فلز مذاب به داخل قالب است - این پل مهم بین ذوب و انجماد است., که در آن دینامیک سیالات, انتقال حرارت, اکسیداسیون, و واکنش های متالورژیکی همگرا می شوند.

عیوب مانند آخال سرباره, تخلخل گاز, فرسایش شن و ماسه, سوء هاضمه, سرد می بندد, و لایه‌های اکسیدی اغلب از شرایط ناپایدار ریختن سرچشمه می‌گیرند نه از نقص در فرآیند قالب‌گیری..

یک عملیات ریختن ایده آل، حوضچه ریختن کامل را به طور مداوم حفظ می کند, یک جریان فلزی صاف و بدون وقفه را ارائه می دهد, دمای ثابت را حفظ می کند, و تلاطم را در سراسر پر شدن قالب به حداقل می رساند.

دستیابی به این امر به بیش از اپراتورهای ماهر نیاز دارد; این نیاز به انتخاب مناسب تجهیزات ریختن دارد, سیستم های دروازه ای با طراحی علمی, پارامترهای فرآیند پایدار, و فناوری های کنترل بلادرنگ.

همانطور که ریخته گری ها همچنان به دنبال بهره وری بالاتر هستند, تلورانس های ابعادی سخت تر, و نرخ نقص نزدیک به صفر, فناوری ریختن از یک عملیات دستی به یک هوشمند تبدیل شده است, فرآیند تولید مبتنی بر داده.

یکپارچه سازی سیستم های ریختن خودکار, کنترل دقیق دما, مدیریت بهینه فلز مذاب, و مهندسی فرآیند سیستماتیک نه تنها عیوب ریخته گری را کاهش می دهد بلکه راندمان تولید را نیز بهبود می بخشد, هزینه های پایین تر, و کیفیت و قابلیت اطمینان کلی قطعات ریخته گری را افزایش دهد.