روشهاي توليد لوله

٠١
ريخته گري
١. مقدمه
يكي از روشهاي توليد، ريختهگري ميباشد. تاريخچة ريختهگري به ٤٠٠٠ سال قبل از ميلاد برميگردد يعني هنگامي كه
بشر از اين روش براي توليد زيورآلات، نوك پيكان تير از جنس مس و ديگر وسايل استفاده ميكرد.
اساسا فرايندهاي ريختهگري مواد شامل ريختن فلز مذاب به داخل حفرههاي يك قالب ميباشد كه بعد از خنكشدن فلز
مذاب و منجمدشدن به شكل حفرههاي قالب درميآيد. فرايندهاي ريختهگري قابليت توليد با اشكال پيچيده به صورت
يكپارچه و با حفرههاي داخلي را دارد. توليد قطعات خيلي بزرگ، خيلي كوچك و قطعات حفرهدار با اين روش بسيار
اقتصادي است. از قطعات معروف توليد شده با اين روش ميتوان بدنة موتور، سيلندر، سرسيلندر، پوستة جعبه دنده و
ديفرانسيل، پيستون، ديسكهاي توربين، چرخهاي واگن قطار و وسايل مصنوعي تزييني نام برد.
تقريبا تمامي فلزات را ميتوان ريختهگري كرد و به شكل نهايي مطلوب (يا در حد شكل نهايي) و تنها با عمليات پاياني
اندكي تبديل نمود. با كنترل مناسب ماده و پارامترهاي فرايند ميتوان قطعاتي با خواص يكسان در تمامي نقاط آن توليد
كرد. فاكتورهاي مهم عمليات ريختهگري شامل موارد زير است:
١. جريان فلز مذاب به داخل حفرهها
٢. منجمدشدن ١ فلز از حالت فاز مذاب و تغييرات حجمي ٢ مربوط
٣. انتقال حرارت در هنگام تبديل شدن مذاب به جامد و خنك شدن فلز داخل قالب
٤. نوع مادة قالب
٢. انواع فرايندهاي ريختهگري
روشهاي ريختهگري را ميتوان از جهت نوع و جنس قالب به سه بخش كلي تقسيم نمود؛ ريختهگري در قالبهاي
غيردائمي ٣، ريختهگري در قالبهاي دائمي ٤ و ريختهگري در قالبهاي كامپوزيتي ٥. قالبهاي غيردائمي از ماسه، گچ،
سراميك و مواد مشابه ديگر ساخته ميشوند. تمامي اين مواد توانايي تحمل دماهاي زياد را دارند و در مقابل فلز مذاب
دچار تغيير نميشوند. بعد از ريختهگري و انجماد فلز مذاب، قالب در اين فرايند از بين ميرود و شكسته ميشود تا قطعة
ريختهگري از درون آن بيرون آيد. قالبهاي دائمي از جنس مواد مقاوم مانند فولادها ساخته ميشوند و توانايي توليد و
ريختهگري تعداد زيادي از يك قطعه را دارند. قالبهاي كامپوزيتي از دو يا چند مادة مختلف نظير ماسه، گرافيت و فلز
تشكيل شده است. از اين نوع قالب در فرايندهاي ريختهگري مختلفي براي بهبود استحكام، كنترل نرخ خنكشدن و به
منظور كاهش هزينهها استفاده ميشود.
١.ريختهگري ماسهاي -٢
فرايند ريختهگري ماسهاي شامل قراردادن الگو (كه داراي شكل قطعه ريختهگري مورد نظر ميباشد) در ماسه، تعبية
سيستم راهگاهي مناسب، پركردن حفرهها با فلز مذاب، خنك كردن مذاب تا منجمد شدن، خرد كردن قالب ماسهاي و
درآوردن قطعة ريختهگري ميباشد. هرچند كه اين روش يك روش باستاني توليد قطعه است ولي هنوز هم رايجترين
1 Solidification
2 Shrinkage
3 Expendable mold
4 Permanent mold
5 Composite mold
٢
روش ريختهگري است. تنها در ايالات متحده سالانه ١٥ ميليون تن قطعة فلزي با اين روش توليد ميشود. از قطعات
معروفي كه با اين روش توليد ميشوند ميتوان بلوك موتور، سيلندر، سرسيلندر و پوستة پمپها را نام برد.
استفاده ميشود. ماسه در طبيعت به مقدار فراوان موجود (SiO ماسه: در بيشتر ريختهگريهاي ماسهاي از ماسه سيليكا ( 2
است. بنابراين دسترسي به آن آسان و ارزان است. دو نوع كلي ماسه مورد استفاده در ريختهگري وجود دارد؛ ماسة
طبيعي ١ و ماسة ساختگي ٢. ماسة ساختگي به دليل تركيب كنترل شده و دقيقتر بيشتر مورد استفاده قرار ميگيرد. ماسة
مناسب، ماسهاي است كه داراي دانههاي گرد بوده و ذرات آن بتوانند به همديگر چسبيده و يك سطح صاف را بوجود
آورند. انتخاب جنس ماسه بسته به خواص مورد نياز و ديدگاه اقتصادي بستگي دارد. براي مثال ماسة ريزدانه استحكام
قالب را بالا ميبرد ولي باعث كم شدن نفوذپذيري ٣ قالب ميشود كه اين خود باعث ميشود كه گازهاي توليدي در
هنگام ريختن مذاب داخل قالب نتوانند از لابلاي ذرات ماسه به خوبي عبور كنند.
١. انواع قالبهاي ماسهاي -١-٢
قالبهاي ريختهگري از جهت نوع ماسه و روش توليد آنها مورد مقايسه قرار ميگيرند. سه نوع اصلي قالبهاي ماسهاي
. عبارتند از: ماسهاي تر ٤، خشك رويه ٥، قالبگيري سرد ٦ و غيرپختهاي ٧
ماسة قالبگيري تر كه متشكل از ماسة نرم، خاكرس و آب است داراي بيشترين كاربرد در ريختهگري ماسهاي ميباشد.
از واژة ”تر“ به اين علت استفاده ميشود كه ماسة مورد استفاده در هنگام ريختن مذاب، تر و يا داراي رطوبت ميباشد.
ارزان قيمتترين قالبهاي ماسهاي از اين نوع ميباشند.
در قالبهاي خشك رويه سطوح قالب خشك توسط قراردادن در هواي آزاد يا مشعل خشك ميشوند. از اين نوع قالب
براي ريختهگري قطعات بزرگ استفاده ميشود، چراكه اين قالب داراي استحكام بيشتر است. قالبهاي ماسهاي را نيز
ميتوان پيش از ريختن مذاب در كوره خشك نمود. اين قالبها از قالبهاي تر محكمتر هستند و داراي دقت ابعادي و
در (Hot tearing) سطوح تمامشده بهتري ميباشند. البته اعواج قالب در اين روش بيشتر است و احتمال پارگي گرم ٨
قطعات ريختهگري شده با اين روش زياد است. زمان توليد نيز در اين روش افزايش مييابد.
در فرايند قالبگيري سرد از چسبهاي آلي و غيرآلي مختلفي براي بههم چسباندن ذرات و به منظور رسيدن به
استحكام بيشتر استفاده ميشود. از نظر ابعادي اين نوع قالبها از قالبهاي مرطوب دقيقترند و البته گرانتر. در
قالبهاي غيرپخته از رزين مايع مخلوط شده با ماسه كه در هواي اتاق خشك و سفت شده است، استفاده ميشود.
1 Naturally bonded (bank sand)
2 Synthetic sand (lake sand)
3 Permeability
4 Green molding sand
5 Skin-dried
6 Cold-box mold
7 No-bake mold
٨ گسستگيهايي با شكل بيقاعده در نقاطي از قطعه است كه احتمال تمركز تنشهاي كششي در جريان سرد شدن قطعه وجود دارد. سطوح شكست اكسيد شده و داراي ساختار
دندريتي است.
٣
٢. مطالعة اجزا و نحوة كاركرد يك قالب ماسهاي -١-٢
شكل ١- نماي شماتيك از يك قالب ريختهگري ماسهاي
مطابق شكل ١ قسمتهاي اصلي يك قالب ماسهاي عبارتند از:
(Drag) و لنگة پاييني (Cope) كه وظيفة نگداري ماسه را دارد. در قالبهاي دوتكهاي درجه از لنگة بالايي :(Flask) - درجه
ميباشد. اگر به بيش از دو تكه نياز باشد، اين (Parting line) بين آنها همان خط جدايش (Seam) تشكيل شده كه درز
مينامند. (Cheek) تكة اضافي را درجه مياني يا لنگة وسطي
كه فلز مذاب در آن ريخته ميشود. (Pouring basin) - حوضچة بالاي راهگاه
كه فلزات مذاب از طريق آن پايين ميرود. (Sprue) - راهگاه
كه در پايين راهگاه تعبيه شده است. معمولا قالبها داراي چند پايراهگاه براي جلوگيري از (Gate) - پاي راهگاه
مغشوش شدن فلز مذاب و كنترل جريان فلز ميباشند. وجود پاي راهگاه باعث ميشود كه مذاب به قسمتهاي
بحراني قطعة ريختهگري برسد.
كه فلز اضافي مورد نياز به دليل انقباض حجمي در هنگام انجماد را تامين ميكند. تغذيه ميتواند هم (Raiser) - تغذيه
به صورت كور و هم به صورت باز باشد (به شكل توجه شود).
كه از جنس ماسه ميباشد و به منظور ايجاد سوراخ و حفره در داخل ريختهگري استفاده ميشود. (Core) - ماهيچه
براي خروج گازهاي توليدي كه در هنگام تماس مذاب با ديوارة ماسهاي قالب ايجاد ميشود، (Vent) - هواكش
ميباشد.
كه فلز مذاب را به حفرههاي قالب ميرساند. (Runner) - مجراي مذابرساني
كه سد يا مانعي در سيستم راهگاهي براي جلوگيري از ورود تفاله و سرباره به داخل قالب است. (Chock) - گلويي
كه يك مخزن بسته و احاطه شده توسط ماسه بوده و راهي به خارج قالب ندارد و براي آن (Blind riser) - تغذية كور
است كه در هنگام انقباض حجمي كمبود مادة مذاب را تامين كند.
مدل ١ مدل (الگو) ميتواند از جنس چوب، پلاستيك و يا فلز باشد. انتخاب نوع مادة مدل به اندازه و شكل قطعة
ريختهگري، دقت ابعادي ، كيفيت سطح مورد نظر قطعه و نيز روش ريختهگري بستگي دارد. عموما از مدلهاي يكتكهاي
براي اشكال ساده و با تيراژ كم استفاده ميشود. جنس اين مدلها معمولا از چوب ميباشد و ارزان قيمت هستند.
مدلهاي چندتكه ٢ از دو يا چند قطعه تشكيل شده و هنگامي بكار ميرود كه قطعة ريختهگري داراي شكل پيچيده باشد.
1 Pattern
2 Split pattern
٤
ماهيچه ١ براي ريختهگري قطعاتي كه داراي حفرههاي داخلي ميباشند مثل بلوك موتور خودروها و يا بدنة شيرها از
ماهيچه استفاده ميشود. ماهيچهها قبل از انجام عمل ريختهگري و به منظور شكلدهي سطوح داخلي قطعه در داخل
كويتهها قرار داده ميشوند. بعد از اتمام عمليات ريختهگري و خنك شدن قطعه، خرد شده و از داخل حفرهها بيرون
آورده ميشوند. جنس ماهيچهها معمولا از ماسة فشرده ميباشد. يكي از مشكلات استفاده از ماهيچه نگهداشتن آن در
داخل قالب است. براي اين منظور از پلهاي فلزي ٢ با شكل و ابعاد مختلف و يا با ايجاد چند تكيهگاه ٣ روي ماهيچه براي
نگهداشتن آن در داخل قالب استفاده ميشود (شكل ٢). اين پلهاي فلزي در هنگام ريختن مذاب خود نيز ذوب شده و
جزئي از قطعه ميشوند.
.(Chaplet) و پلهاي فلزي (Core prints) شكل ٢- مثالهايي از ماهيچههاي ماسهاي به همراه تكيهگاهها
٣. فرايند ريختهگري ماسهاي -١-٢
بعد از آنكه قالب شكل داده شد و ماهيچهها در جاي خود قرار گرفتند، دو لنگة قالب بسته، چفت و محكم ميشوند. اين
لنگهها بايستي به اندازه كافي سنگين باشند تا از جدا شدن قالب به خاطر فشار ناشي از طرف فلز مذاب در هنگام ريخته
شدن به داخل حفرهها جلوگيري شود. طراحي سيستم راهگاهي مناسب براي رساندن مناسب فلز مذاب به داخل حفرهها
مهم است. اغتشاش سيال بايد به حداقل برسد. هوا و گازها بايستي اجازة خروج توسط هواكش و ساير وسايل را داشته
باشند. تغييرات دما نسبت به زمان بايد به گونهاي باشد كه از انقباض حجمي و پوكي ٤ جلوگيري شود. طراحي تغذيهها به
منظور رساندن فلز مذاب لازم براي انجماد در هنگام ريختهگري مهم است. در شكل ٣ يك فرايند كامل ريختهگري نشان
داده شده است.
1 Core
2 Chaplet
3 Core print
4 Porosity
٥
شكل ٣- مراحل ريختهگري توسط قالبهاي ماسهاي
بعد از انجماد، قطعه از داخل قالب بيرون آورده ميشود و دانههاي ماسه و لايههاي اكسيد شده روي قطعه با ويبراتور و
يا توسط سند بلاست ١ كنده ميشود. تغذيهها و راهگاهها توسط هوابرش، اره كاري، برشكاري يا چرخكاري سايشي
(سنگزني) از قطعه جدا ميشوند.
تقريبا تمامي آلياژهاي موجود در بازار را ميتوان ريختهگري نمود. سطح تمام شده قطعه به شدت به مادة مورد
استفاده براي ساخت قالب بستگي دارد. دقت ابعادي به اندازة ساير روشهاي ريختهگري نيست. با اين وجود اشكال
پيچيده مثل بلوك موتور، پروانههاي خيلي بزرگ كشتيها و پرهها با اين روش ريختهگري ميشوند. اين روش هم براي
توليد انبوه و هم براي توليد تيراژ پايين اقتصادي است. معمولا قيمت ابزارآلات لازم براي اين فرايند پايين است.
1 Sand blast
٦
٢. ريختهگري در قالبهاي پوستهاي ١ -٢
روش ريختهگري در قالبهاي پوستهاي براي اولين بار در دهة ١٩٤٠ مطرح و به سبب توانايي ريختهگري انواع فلزات با
دقت ابعادي بالا و كيفيت سطح خوب و نيز ارزان بودن به طور زيادي گسترش پيدا كرد. در اين روش الگوي ساختهشده
175-370 حرارت داده ميشود، سپس توسط موادي مانند سيليكون ºC (350-700 ºF) از آلومينيوم يا فلزات آهني تا دماي
پوشش داده ميشود و درون يك محفظه يا جعبه قرار داده ميشود. اين محفظه يا جعبه حاوي ذرات ريز ماسه به همراه
2.5%-4% رزين ترموست (نظير فنل فرمالدئيد) كه پوششدهندة ماسه ميباشد، است. اين محفظه دوران ميكند (شكل
٤) و مخلوط ماسه بر روي مدل ريخته ميشود، سپس مجموعه براي مدت اندكي به منظور عمل آمدن رزين در داخل
كوره قرار داده ميشود. پوستة دور مدل سخت ميشود و توسط ميلة بيرون انداز از روي مدل برداشته ميشود.
شكل ٤- روش معمول ساخت قالب پوستهاي
با كنترل زمان تماس قالب (پوسته) با مدل ميتوان ضخامت پوسته را به دقت محاسبه نمود. اين پوستهها سبك و نازك
5) بوده، خواص حرارتي آنها با قالبهاي ضخيم تفاوت دارد. mm-10 mm, 0.2 in-0.4 in (معمولا
كيفيت بالاي قطعة ريختهگري با اين روش هزينههاي مربوط به تميزكاري، ماشينكاري و عمليات پاياني را كاهش ميدهد.
با اين روش اشكال پيچيده را ميتوان بدون داشتن مهارت زياد توليد كرد. اين فرايند را ميتوان به آساني به صورت
اتوماتيك در آورد. با اين روش ميتوان قطعات مكانيكي نظير پوستة دندهها، سرسيلندر، شاتون و … كه نياز به دقت بالا
دارند را توليد نمود. از اين روش همچنين در توليد دقيق ماهيچههاي قالبها استفاده ميشود.
٣. قالبهاي كامپوزيتي (تركيبي) -٢
همان طور كه در قسمتهاي قبلي گفته شد قالبهاي كامپوزيتي از دو يا چند مادة مختلف ساخته شده است. معمولا
براي شكلدهي اشكال پيچيده نظير پرههاي توربينها استفاده ميشود. اين قالبها ميتوانند داراي ماهيچه، مبرد ٢ (براي
كنترل نرخ انجماد در سطوح بحراني ريختهگري) باشند. در شكل ٥ چند مثال از اين روش آمده است. مواد مورد
1 Shell-mold casting
2 Chill
٧
استفاده معمولا پوسته (در قسمت قبلي توضيح داده شد)، گچ، ماسه به همراه چسب، فلز و گرافيت است. با استفاده از اين
روش استحكام قالب، دقت ابعادي و سطح پاياني قطعات ريختهگري بهبود مييابد و موجب صرفهجويي در هزينهها و
زمان ميشوند.
تصويري شماتيك از يك (a) - شكل ٥
يك قالب (b) قالب كامپوزيتي
كامپوزيتي مورد استفاده در ريختهگري
يك مبدل گشتاور از جنس آلياژهاي
آلومينيوم. اين قطعه قبلا در يك قالب
گچي ريختهگري شده است.
٤. فرايند سيليكات سديم ١ -٢
1.5 سيليكات سديم (شيشه مايع) به عنوان چسب %- جنس مادة قالب در فرايند سيليكات سديم تركيبي از ماسه و % 6
ميباشد. اين تركيب حول مدل ريخته ميشود و سپس در اين حالت با دميدن دي اكسيد كربن به آن سخت ميشود. اين
فرايند همچنين با نامهاي ماسه چسبيده توسط سيليكات ٢ يا فرايند دي اكسيد كربن ناميده ميشود. اين فرايند براي اولين
بار در دهة ١٩٥٠ شناخته شد و بعدها با استفاده از مواد شيميايي ديگر به عنوان چسب گسترش يافت. ماهيچههاي ساخته
شده با اين روش احتمال پارگي در قطعه به سبب تغييرات دما را كاهش ميدهد.
٥. قالبهاي گرافيتي فشرده ٣ -٢
در اين فرايند از گرافيت فشرده براي ساختن قالب ريختهگري مواد غير فعال نظير تيتانيم و زيركونيم استفاده ميشود.
از ماسه به سبب ميل تركيبي شديد اين فلزات با سيليكا نميتوان استفاده كرد. در انجا روش ساخت قالب و ريختهگري
175 پخته، در C همانند آنچه كه در مورد قالبهاي ماسهاي ميباشد، است. اين قالبها فشرده، با هوا خشك، در دماي
870 شعلهور و سپس در دما و رطوبت كنترل شده انبار ميگردند. C
٦. قالبهاي ريختهگري گچي ٤ -٢
در فرايند ريختهگري با قالبهاي گچي، قالب از گچ با پودر تالك ٥ و سيليكافلور ٦ اضافي براي بهبود استحكام و كنترل زمان
لازم براي سفت شدن ميباشد. اين مواد با آب مخلوط شده و دوغاب در داخل يك مدل ريخته ميشود. بعد از آنكه گچ
خشك شد، معمولا ظرف مدت ١٥ دقيقه، مدل برداشته ميشود و قالب خشك و رطوبت زدايي ميگردد. دو نيمة قالب
روي هم سوار ميشوند تا كويتة قالب را تشكيل دهند. اين دو نيمه تا دماي حدود ١٢٠ درجه سانتيگراد براي مدت ١٦
ساعت نگاهداري ميشود. بعد از اين مراحل ميتوان فلز مذاب را داخل آن ريختهگري نمود. به سبب اينكه قالبهاي
1 Sodium silicate
2 Silicate-bonded sand
3 Rammed graphite molding
4 Plaster mold
5 Talc
6 Silica flour
٨
گچي داراي نفوذپذيري بسيار كمي هستند، گازهاي ايجادشده در طي فرايند نميتوانند فرار كنند. بنابراين فلز مذاب در
داخل خلا و يا تحت فشار ريخته ميشود.
معمولا مدلهاي مورد استفاده در قالبهاي گچي از جنس آلياژهاي آلومينيوم، پلاستيكهاي ترموست، برنج و يا
آلياژهاي روي ميباشند. مدلهاي چوبي براي ساخت تعداد بالاي اين نوع قالبها مناسب نيستند چراكه مدل اين نوع
1200° را ميتواند C (2200°F) قالبها به طور مداوم در معرض گچ خيس (دوغاب) ميباشند. از آنجاييكه گچ حداكثر دماي
تحمل كند، از قالبهاي گچي فقط براي ريختهگري آلومينيوم، منيزيم، روي و بعضي آلياژهاي پايه مسي استفاده ميشود.
قطعات ريختهگري شده داراي دقت و كيفيت سطح خوب هستند. به سبب آنكه قالبهاي گچي داراي ضريب هدايت
حرارتي پايينتري نسبت به ساير قالبها ميباشند، خنك شدن به آهستگي صورت ميگيرد و بنابراين ساختار دانهاي
يكنواختتر، تاب برداشتن كمتر و خواص مكانيكي بهتري خواهيم داشت. اين روش ريختهگري به همراه ريختهگري توسط
قالبهاي مومي و سراميكي به عنوان روشهاي ريختهگري دقيق شناخته ميشوند چراكه داراي دقت ابعادي بالا و كيفيت
سطح خوب هستند. از قطعاتي كه با اين روش توليد ميشوند ميتوان به قفلها، دندهها، شيرها، فيتينگها و ابزار و
وسايل تزييني اشاره كرد.
٧. قالبهاي سراميكي -٢
شبيه به قالبهاي گچي ميباشند با اين تفاوت كه مواد مورد استفاده از اين نوع قالبها تحمل حرارتهاي بالا را دارند و
اكسيد آلومينيوم به همراه ،(ZrSiO براي كاركرد در دماهاي بالا مناسبند. دوغاب شامل تركيبي از ريزدانة زيركون ( 2
رزين ميباشد. بعد از گرفتن دوغاب قالبها (صفحات سراميكي) خشك شده و سوزانده ميشود تا مواد تبخير شدني
.( خارج و قالب نيز پخته شود (شكل ٦
شكل ٦- مراحل عمليات ساخت قالب سراميكي.
الگو ميتواند از چوب يا فلز باشد. بعد از قرار دادن الگو و ريختن دوغاب، قالب برداشته، خشك و سوزانده ميشود تا
مواد بخارشدني آن از بين برود، سپس قالب پخته ميشود. قالبها محكم بسته و به عنوان قالب تمام سراميكي مورد
استفاده قرار ميگيرد. در فرايند شاو ١ وجوه سراميك براي حصول به استحكام توسط خاك نسوز پخته ميشود. سپس اين
.( وجوه سراميكي رويهم سوار و آماده ريختهگري ميشود (شكل ٧
1 Shaw process
٩
شكل ٧- يك قالب سراميكي براي ريختهگري قالبهاي فولادي فورج.
مقاومت اين قالب در دماهاي بالاي اين نوع قالب سبب شده است تا براي ريختهگري فلزات آهني و آلياژهاي دما بالا،
فولاد زنگ نزن و فولادهاي ابزار استفاده شوند. قطعة ريختهگري شده داراي دقت ابعادي بالا و كيفيت سطح خوب
ميباشد. قطعات ريختهگري شده با اين روش ميتوانند داراي اشكال پيچيده با ابعاد مختلف باشند. اين فرايند يك روش
توليد گران قيمت ميباشد. قطعاتي كه معمولا با اين روش توليد ميشوند، پرههاي توربين، ابزار برش ماشينكاري،
قالبهاي مورد استفاده در شكلدهي فلزات و قالبهاي مورد استفاده براي قطعات پلاستيكي و يا لاستيكي ميباشد.
700 با اين فرايند توليد شدهاند. kg قطعاتي با وزن بيش از
٨. ريختهگري دقيق ١ -٢
٣٠٠٠ سال قبل از ميلاد مسيح استفاده شده - از فرايند ريختهگري دقيق يا ريختهگري مومي ٢ براي اولين بار در ٤٠٠٠
است. الگو از موم يا پلاستيك (نظير پلي استايرن) با روشهاي مدلسازي (يا مدلسازي سريع) ساخته ميشود. مراحل اين
فرايند در شكل ٨ آمده است.
1 Investment casting
2 Lost-wax process
١٠
شكل ٨- تصوير شماتيك از ريختهگري دقيق. با استفاده از اين روش ميتوان قطعات مختلفي را با دقت ابعادي خوبي ريختهگري نمود.
٩. قالبهاي دائمي -٢
همانطور كه از اسمش پيداست، قالبهاي دائمي به صورت مكرر مورد استفاده قرار ميگيرند. اين قالبها به گونهاي
طراحي ميشوند كه قطعة ريختهگري شده به آساني بتواند از داخل آن برداشته شود تا بتوان دوباره از قالب براي
ريختهگري قطعة بعدي استفاده نمود. براي ساخت اين قالبها از فلزاتي كه در دماهاي بالا استحكام دارند استفاده
ميشود. از آنجاييكه قالبهاي فلزي داراي هدايت حرارتي بهتري نسبت به قالبهاي غيردائمي ميباشند، انجماد قطعة
ريختهگري سريع انجام ميشود كه اين موضوع بر روي ميكروساختار و اندازة دانة ريختگي تاثير ميگذارد.
در قالبهاي دائمي دو نيمة قالب از موادي نظير فولاد، برنز و گرافيت ساخته ميشوند. حفرههاي قالب و سيستم
راهگاهي در داخل قالب ماشينكاري ميشوند. معمولا از چدن خاكستري، فولاد كمكربن و فولاد گرمكار به عنوان ماهيچه
استفاده ميشود. استفاده از چدن خاكستري به عنوان ماده خام ماهيچه معمولتر است.براي افزايش عمر قالبهاي دائمي،
سطوح حفرههاي قالب توسط دوغابي از مواد مقاوم پوشانده ميشود و يا بعد از توليد چند قطعه با اسپري لايهاي از
گرافيت روي كويتهها قرار ميگيرد.
با اين فرايند ميتوان قطعاتي يكنواخت با كيفيت سطح خوب، تلرانسهاي كم و خواص مكانيكي خوب در تيراژ بالا توليد
نمود. قطعات معروف توليد شده با اين روش پيستونهاي موتورهاي احتراق داخلي، سرسيلندر و وسايل آشپزخانه
ميباشد.
١١
١. ريختهگري تحت فشار ١ -٩-٢
دايكست يا ريختهگري تحت فشار عبارت است از روش توليد قطعه از طريق تزريق فلز مذاب تحت فشار به درون قالب.
روش دايكست از اين نظر كه در آن فلز مذاب به درون حفرهاي به شكل قطعة مورد نظر رفته و پس از سرد شدن
قطعة مورد نظر به دست ميآيد، بسيار شبيه ريختهگري ريژه ميباشد. تنها اختلاف بين اين دو روش در نحوة پركردن
حفرة قالب است. در قالب ريژه، فلز مذاب تحت فشار وزن خود سيلان پيدا كرده و به درون قالب ميرود، حال آنكه در
روش دايكست فلز مذاب تحت فشار و سرعت بيشتري به درون قالب ميرود. به همين دليل در دايكست قطعات با اشكال
پيچيدهتري را ميتوان تهيه كرد.
در ريختهگري تحت فشار مواد مذاب پس از بسته شدن قالب، به داخل يك نوع پمپ يا سيستم تزريق (بسته به طرح
دستگاه) هدايت ميشود، سپس در حاليكه پلانجر ٢ مواد مذاب را با سرعت از طريق سيستم تغذية قالب به داخل حفره
ميفرستد، هواي داخل حفرهها از طريق سوراخهاي هواكش ٣ خارج ميشود. اين پمپ در بعضي از دستگاهها داراي درجه
حرارت محيط و در برخي ديگر داراي درجه حرارت مذاب ميباشد.
معمولا مقدار مواد مذاب تزريق شده بيش از اندازة مورد نياز جهت پركردن حفره بوده تا سربارهگيرها ٤ را پر كند و
حتي پليسه در اطراف قطعه بوجود بياورد. سپس در مرحلة دوم مادامي كه مادة مذاب در حال سرد و منجمد شدن در
داخل حفره ميباشد، پمپ همچنان فشار خود را اعمال شده نگه ميدارد. در مرحلة سوم قالب باز شده و قطعه به بيرون
پران ميشود. در آخرين مرحله همچنان كه قالب باز است داخل حفرهها تميز و در صورت نياز روغنكاري شده و دوباره
بسته و آمادة تكرار عمليات قيل ميگردد. مهمترين مزاياي دايكاست عبارتند از:
- اشكال پيچيدهتري را ميتوان توليد كرد.
- به دليل آنكه قالب با سرعت و تحت فشار پر ميشود، قطعات با ديوارههاي نازكتري را ميتوان توليد نمود و خلاصه
آنكه در اين روش نسبت طول قطعه به ضخامت قطعه به مراتب از ساير روشها بيشتر است.
- نرخ توليد (سرعت) در اين روش خيلي بالاست، خصوصا اگر قالبهاي چند حفرهاي مورد استفاده قرار گيرند.
- معمولا قطعة توليد شده به وسيلة دايكاست از پرداخت سطح خوبي برخوردار است و احتياج به عمليات ماشينكاري
بعدي ندارد و به اين دليل عمليات فوقالعاده اقتصادي ميباشد.
- قالبهاي دايكست مثل قالبهاي ريژه معولا قبل از آنكه فرسوده شوند و در ابعاد قطعة توليد شده اختلالي بوجود
آيد، هزاران قطعه توليد خواهند كرد، درنتيجه سرمايهگذاري براي توليد قطعه كمتر ميباشد.
- نسبت به ديگر روشهاي توليد قطعه از فلز مذاب، با اين روش ميتوان به مقاطع ظريفتر دست يافت.
- اغلب قطعات توليد شده با كمترين پرداختكاري آمادة آب فلزكاري ميباشند.
- قطعات آلومينيومي توليد شده توسط دايكست معمولا نسبت به روشهاي ديگر مانند ريختهگري آلومينيم در ماسه
مقاومت بيشتري دارند.
از طرف ديگر محدوديتهاي اين روش به قرار زير است:
- وزن قطعه محدود است. به ندرت وزن قطعه از ٢٥ كيلوگرم بيشتر است و معمولا كمتر از ٥ كيلوگرم ميباشد.
- نسبت به شكل قطعه و سيستم تغذية قالب، مك دار بودن قطعه به دليل وجود حباب هوا از مشكلات اين روش است.
1 Die cast
2 Plunger
3 Vent
4 Overflow
١٢
- امكانات توليد از قبيل قالب، ماشين و لوازم جنبي نسبتا گران بوده، در نتيجه فقط توليد به ميزان زياد اين روش را
اقتصادي ميكند.
- به غير از موارد استثنايي فقط فلزاتي را ميتوان در دايكست مورد استفاده قرار داد كه نقطة ذوب آنها چيزي در حد
آلياژهاي مس باشد.
١ انواع فرايندهاي دايكست -٩-٢
انواع فرايندهاي دايكست به طور كلي به دو نوع تقسيم ميشوند: فرايند تزريق با محفظه (سيلندر) گرم ١، فزايند تزريق با
محفظة سرد ٢ (شكل ٩). در فرايند محفظه گرم يك پيستون حجم مشخصي از ماده و نيرو را از طريق يك مجراي گردن
15 MPa 35 با متوسط فشار MPa (5000 psi) غازي ٣و نازل به طرف حفرههاي قالب ميفرستد. در اين حالت بازة فشار تا
2000 ) ميباشد. مذاب تا هنگام منجمد شدن زير فشار قرار ميگيرد. براي افزايش عمر قالب و براي كمك به زودتر psi)
خنكشدن فلز و كاهش زمان توليد، معمولا در قالب از يك سيستم چرخة آب يا روغن كه از مسيرهاي مختلف در بلوك
قالب ميگذرد، استفاده ميشود. زمانهاي اين چرخه معمولا در رنج تا ٩٠٠ ضرب (تزريق انفرادي) در ساعت براي روي،
ميباشد. ناگفته نماند كه قطعات كوچك را ميتوان تا ١٨٠٠٠ ضرب در ساعت نيز با اين فرايند توليد نمود. در شكل ١٠
نماهاي واقعي و شماتيك ماشينها دايكست محفظه گرم و سرد آمده است.
فرايند محفظه سرد. (b) فرايند محفظه گرم (a) - شكل ٩
روش محفظه سرد
در روش محفظه سرد مواد مذاب داخل يك سيلندر ريخته ميشوند. در اين روش محفظه گرم نميشود. معمولا فلز در
3) به داخل حفرههاي قالب ريخته ميشود. ماشين ميتواند افقي يا عمودي باشد. psi-10 psi) 70 MPa 20 تا MPa فشار
آلياژهايي با نقطة ذوب بالا نظير آلومينيوم، منيزيم و مس معمولا با اين روش ريختهگري ميشوند. بقية فلزات (شامل
فلزات آهني) را نيز ميتوان با اين روش ريختهگري كرد.
1 Hot chamber
2 Cold chamber
3 Goose neck
١٣
نماي شماتيك ماشين دايكست محفظه سرد. اين ماشين در مقايسه با اندازة قطعة مورد ريختهگري بزرگ است چراكه به نيروهاي (a) - شكل ١٠
ساخت آلمان، ) DAM يك ماشين دايكست محفظه گرم، 8005 (b) . بزرگي براي بستهنگهداشتن دو نيمة قالب در طي فرايند تزريق نيازاست
١ ميليون دلار ميباشد. / ١٩٩٨ ). اين دستگاه بزرگترين دستگاه دايكست محفظه گرم در دنياست و قيمت آن در حدود ٢٥
١٠ . ريختهگري گريز از مركز ١ -٢
همانطور كه از نامش پيداست در فرايند ريختهگري گريز از مركز مذاب توسط نيروي گريز از مركز داخل حفرهها
پخش ميشود. اين روش براي اولين بار در دهة ١٨٠٠ پيشنهاد شد. سه نوع ريختهگري گريز از مركز وجود دارد:
. ريختهگري گريز از مركز خالص ٢، ريختهگري نيمه گريز از مركز ٣ و ريختهگري گريز از مركز ٤
ريختهگري گريز از مركز خالص: قطعات استوانهاي شكل نظير لولهها، لولههاي تفنگ و … توسط ريختهگري گريز از مركز
خالص توليد ميشوند. در اين روش فلز مذاب در داخل قالب در حال گردش ريخته ميشود. محور چرخش معمولا افقي
است ولي براي قطعات كوچك ميتواند به صورت عمودي نيز باشد. قالب از فولاد، آهن و گرافيت ساخته ميشود و با
آلياژهاي مقاوم حرارتي پوشش داده ميشود. سطوح قالب را ميتوان به اشكال مختلف ساخت، بنابراين ميتوان با اين
روش لولههايي با سطوح خارجي مختلف نظير مربع، چند ضلعي و … توليد نمود. سطح داخل قطعه همچنان استوانهاي
باقيميماند چراكه فلز مذاب به خاطر نيروي گريز از مركز به صورت يكنواخت پخش ميشود. البته به دليل اختلاف
دانسيته المانهاي سبكتر نظير تفاله ٥، ناخالصيها ٦ و قطعات آلياژهاي مقاوم حرارتي بر روي سطح داخلي ريخته
125 را ميتوان با mm (0.25 in) 6 تا mm 3 با ضخامتي از m (10 ft) 13 و با طول mm (0.5 in) مينشينند. سيلندرهايي از قطر
1 Centrifugal casting
2 True centrifugal casting
3 Semi-centrifugal casting
4 Centrifuging
5 Dross
6 Impurities
١٤
150 ميباشد. اين فشار براي توليد قطعات با g's اين روش توليد نمود. فشار توليدي به دليل نيروهاي گريز از مركز تا
ضخامت كم لازم است. ريختهگري با كيفيت خوب، دقت ابعادي بالا و سطوح خارجي دقيق را ميتوان با اين روش داشت.
علاوه بر لولهها، قطعاتي نظير بوشها، رينگهاي آببندي و بوشهاي سيلندر موتور با اين روش توليد ميشود.
١١ مثالي از استفاده از اين روش آمده است. از اين روش براي توليد قطعاتي با -b ريختهگري نيمه گريز از مركز: در شكل
تقارن محوري استفاده ميشود.
ريختهگري گريز از مركز. (b) . ريختهگري نيمه گريز از مركز (a) - شكل ١١
ريختهگري گريز از مركز: در اين روش كويتههاي قالب با هر شكلي در مكان مشخصي نسبت به محور دوران قرار
ميگيرند. فلز مذاب از مركز ريخته ميشود و به خاطر نيروي گريز از مركز به داخل قالب فشرده ميشود. خواص
ريختگي با فاصله از دوران تغيير ميكند.
١١ . ريختهگري فشاري ١ -٢
فرايند ريختهگري فشاري در دهة ١٩٦٠ گسترش پيدا كرد. اين فرايند شامل انجماد فلز مذاب در زير فشارهاي بالا
ميباشد. بنابراين تركيبي از ريختهگري و فورج خواهيم داشت (شكل ١٢ ). لوازم اين فرايند عبارتند از يك قالب، پانچ و
پين پران ٢. فشار اعمالي به پانچ باعث نگهداشتن گازهاي خروجي در محلول (خصوصا هيدروژن در آلياژهاي آلومينيوم) و
فشار تماسي در سطوح فلز و قالب باعث انتقال حرارت ميگردد كه اين موضوع باعث بهبود خواص ماشينكاري و ساختار
مناسب ميگردد. قطعات با اشكال پيچيده و با صافي سطح دقيق چه از جنس فلزات آهني چه غير آهني را ميتوان با اين
روش توليد كرد. قطعات توليدي معمول با اين روش عبارتند از: قطعات خودرو و بدنة هاونگ.
1 Squeeze casting
2 Ejector pin
١٥
شكل ١٢ – مراحل فرايند ريختهگري فشاري. اين فرايند مزاياي ريختهگري و فورج را توامان دارد.
١٦
فورج ١ (آهنگري، پتككاري)
١. مقدمه
فورج (آهنگري) به فرايندي گفته ميشود كه قطعه با تغيير شكل پلاستيك به خاطر اعمال نيروهاي فشاري توليد ميشود.
فورج يكي از قديميترين فرايندهاي فلزكاري شناختهشده ميباشد (با قدمتي در حدود ٤٠٠٠ سال قبل از ميلاد مسيح).
از اين روش براي ساختن قطعات با اشكال، اندازه و جنسهاي مختلف استفاده ميشود. با اين روش ميتوان جريان فلز و
ساختار دانهاي آن را كنترل نمود و در نتيجه به استحكام و چقرمگي خوبي دست يافت. از اين روش براي توليد قطعاتي كه
شرايط كاري تنش بالا و بحراني كارميكنند استفاده ميشود (شكل ١). از قطعات معروفي كه امروزه با استفاده از اين
روش توليد ميشوند ميتوان به ميللنگ، شاتون، ديسكهاي توربينها، چرخدندها، چرخها و ابزارالات اشاره نمود. فورج
را ميتوان در دماي اتاق (فورج سرد) يا در دماهاي بالاتر (فورج گرم و فورج داغ بسته به دما) انجام داد.
فورج. (c) ، ماشينكاري (b) ، ريختهگري (a) شكل ١- قطعة ساخته شده با سه روش
در فورج سرد به نيروهاي فوقالعاده بزرگي براي شكلدادن قطعه نياز است و مادة خام بايستي به اندازة كافي قابليت
چكشخواري داشته باشد، در عوض قطعة توليدي با اين روش داراي سطح پاياني و دقت ابعادي خوبي است. در فورج داغ
به نيروي كمتري نياز است ولي قطعات توليدي با اين روش داراي سطح پاياني و دقت ابعادي چندان خوبي نيستند.
معمولا قطعات توليدي توسط فورج به عمليات اضافي (پاياني) جهت تبديل شدن به قطعه مناسب كار و حصول دقت
مطلوب نياز دارند. با استفاده از روش فورج دقيق ٢ ميتوان اين عمليات را به حداقل رساند. قطعهاي كه با استفاده از
فورج توليد ميشود را نيز ميتوان با ساير روشها نظير ريختهگري، متالورژي پودر و ماشينكاري توليد نمود ولي
همانطور كه انتظار ميرود هر كذام از اين روشها داراي مزايا و محدوديتهاي مربوط به خود از نظر استحكام،
چقرمگي، دقت ابعادي، سطح پاياني و نقصهاي ساختاري هستند.
٢. فورج با قالب باز
آسانترين روش فورج، فورج با قالب باز ميباشد. در اين روش قطعه كار بين قالبهاي تختي كه فلز را به طور كامل
محدود نميكنند كوبيده ميشود. در اين روش قطعه به شكل قالب درنميآيد، بلكه به كمك حركتهاي دست، پرس و
300 ساخته شده است. اندازة اين قطعات ton 15 تا حتي kg-500 kg پتك شكل مييابد. با استفاده از اين روش قطعاتي با وزن
23 (مورد استفاده در پروانه كشتيها) متغير باشد. m ممكن است از قطعات كوچك تا شفتهايي با طول
فرايند فورج با قالب باز را ميتوان به صورت قرار دادن قطعه مابين دو كفة قالب و كاهش ارتفاع قالب به سبب نيروهاي
و يا فورج با قالب تخت ٣ نيز گفته ميشود. اگر شرايط (Upsetting) فشاري (شكل ٢) تعريف نمود. به اين روش چاق كردن
2- درميآيد و در حالت واقعي به سبب نيروهاي b كاملا ايدهال (اصطكاك وجود نداشته باشد) قطعه به صورت شكل
1 Forging
2 Precision forging
3 Flat-die forging
١٧
اصطكاكي قطعه بشكهاي شكل ميشود. اين فرايند همچنين كلوچهاي شدن ١ يا بشكهاي شدن ٢ نيز ناميده ميشود. بعضي از
شكل يا نيمدايرهاي باشند. V اين نوع قالبها ممكن است
يك قطعة مكعبي كه بين دو قالب تخت در حال (a) - شكل ٢
تغيير شكل يكنواخت در نبود اصطكاك. (b) . چاق شدن است
تغيير شكل باوجود اصطكاك. توجه شود كه بشكهاي شدن (c)
مكعب به سبب نيروهاي اصطكاك بين قطعه و سطح قالب
ميباشد.
در يك فرايند فورج قالب باز براي يك قطعة استوانهاي شكل از رابطة زير تخمين زده ،F ، نيروي فورج. نيروي فورج
ميشود:
( ) h
r
f F Y r 3
= π 2 1+ 2μ
به ترتيب شعاع و ارتفاع قطعه ميباشند. h و r ضريب اصطكاك و μ ، تنش سيلان ماده Yf كه
٣. فورج با قالب حفرهدار ٣ و قالب بسته
در فورج با قالب حفرهدار قطعه خام توسط نيروهاي فشاري پرس به شكل حفرههاي قالب در ميآيد (شكل ٣). توجه
شود كه مقداري از ماده بين دو نيمه قالب به صورت زائده ٤ باقي ميماند. زائده نقش بسيار مهمي در جريان ماده در
قالبهاي حفرهدار ايفا ميكند. اين زائده كوچك سريعا خنك ميشود و به سبب مقاومت اصطكاكي، مادة داخل حفرههاي
قالب را تحت فشار بالا قرار ميدهد و باعث پر شدن كامل حفرههاي قالب ميشود.
شكل ٣- مراحل شكل دهي بيلت در قالب حفرهدار. نوجه
شود كه مقداري از مادة اضافي به صورت زائده در بين دو
نيمة قالب باقي ميماند كه بعدا بايستي بريده شود.
ماده خام (بلانك) ممكن است از فرايندهايي نظير ريختهگري، متالورژي پودر، برشكاري و يا فورج بدست آمده بيايد. اين
بلانك روي نيمة پاييني قالب قرارميگيرد و با پايين آمدن نيمة بالايي قالب به تدريج شكل ميگيرد، همانطور كه در شكل
٤ شكلدهي يك شاتون نشان داده شده است.
1 Pancaking
2 Barreling
3 Impression-die
4 Flash or Fin
١٨
شكل ٥- برش زائده يك قطعة فورج شده. به مادة نازك كنده شده
توسط پانچ در وسط توجه شود.
از فرايندهاي ماقبل شكلدهي نظير باريكسازي ١ و لبهزني ٢ براي توزيع ماده به قسمتهاي مختلف بلانك استفاده
ميشود. در باريكسازي ماده از يك ناحيه به سمت بيرون دور ميشود و در لبهزني در يك ناحيه جمع ميگردد. سپس
قطعه توسط فرايند لقمهكاري ٣ و با استفاده از قالبهاي لقمهزني به صورت ظاهري شاتون درميآيد. درآخرين عمليات
فورج قطعه توسط قالبهاي حفرهدار به شكل نهايي را به خود ميگيرد. در انتها زائده برشكاري ميشوند.
مراحل فورج شاتون مورد استفاده (a) - شكل ٤
در موتورهاي احتراق داخلي. به مقدار زائده
مورد نياز براي اطمينان از پر شدن كامل
مراحل باريك (b) . حفرههاي قالب توجه شود
لبهزني به منظور توزيع ماده به (c) سازي و
منظور آمادهسازي قطعه خام براي فورج.
، ٦ مثالهايي از فورج در قالبهاي بسته آورده شده است. البته در فورج دقيق يا بدون زائده ٤ -a در شكلهاي ٥ و
٦ ). براي توليد يك قطعه با ابعاد و -b زائدهاي شكل نميگيرد و ماده قالب را به طور كامل پر ميكند (سمت راست شكل
1 Fullering
2 Edging
3 Blocking
4 Flashless
١٩
تلرانسهاي دقيق طراحي صحيح قالب ضروري ميباشد. در اين روش بلانك كوچكتر از اندازه باعث پر نشدن كامل
قالب و بلانك بزرگتر از اندازه موجب ايجاد فشارهاي فوقالعاده كه سبب تخريب قالب ميشود، ميگردد. در جدول ١
مزايا و معايب هركدام از روشهاي معول فورج آمده است.
شكل ٦- مقايسه بين فورج با قالب بسته و فورج دقيق يا بدون زائده
يك قطعه
جدول ١- مقايسة مزايا و محدوديتهاي انواع روشهاي فورج
فرايند مزايا محدوديتها
ساده؛ قالبهاي ارزان؛ مفيد براي تعداد كم؛ توليد با (Open die) قالب باز
ابعاد مختلف؛ خواص استحكامي خوب
محدود به اشكال ساده؛ به سختي ميتوان به
تلرانسهاي دقيق دست يافت؛ نرخ پايين توليد:
محدوديت در نوع ماده خام؛ نياز به مهارت بالا
كم شدن محدوديت نوع ماده خام؛ معمولا داراي (Closed die) قالب بسته
خواص بهتر نسبت به قالب باز؛ دقت ابعادي خوب:
نرخ توليد بالا؛ قابليت تكرارپذيري خوب
قيمت بالاي قالب براي توليد كم؛ اغلب نياز به
ماشينكاري ميباشد
قيمت ارزان؛ نرخ توليد بالا نياز به ماشينكاري به منظور عمليات پاياني ضروري (Blocker type) نوع بلاكر
است؛ داشتن قوسهاي بزرگ و پرههاي ضخيم
ضروري است
نسبت به نوع بلاكر نياز به ماشينكاري خيلي كمتري (Conventional type) نوع كانونشنال
دارد؛ نرخ توليد بالا؛ استفادة مناسب از ماده
گاهي اوقات گرانتر از نوع بلاكر است
تلرانسهاي دقيق؛ اغلب نيازي به ماشينكاري (Precision type) نوع دقيق
نميباشد؛ ممكن بودن توليد فلانج و پرههاي خيلي
نازك
نياز به نيروهاي بالا، قالبهاي پيچيده، و مشكلات
خروج قطعه از قالب
٤. سكهزني ١
سكهزني اساسا يك فرايند فورج قالب بسته براي شكل دادن سكهها، مدالها و جواهرات (شكل؟؟؟؟؟؟؟؟) ميباشد. براي
رسيدن به ابعاد دقيق به فشارهايي تا پنج يا شش برابر استحكام ماده نياز است. در اين فرايند از مواد روانكار نميتوان
استفاده نمود زيرا باعث پر شدن حفرههاي قالب شده و در اين فشارهاي اعمالي رفتار غير قابل تراكم داشته و از
شكلدهي دقيق قطعه جلوگيري ميكنند. از فرايند سكه زني با فورج براي ايجاد دقت ابعادي روي ساير قطعات نيز
1 Coining
٢٠
استفاده ميشود. اين فرايند، اندازهكردن ١ ناميده ميشود. فرايند اندازهكردن به همراه فشارهاي بالا و تغيير شكل قطعه
ميباشد. حك كردن حروف و اعداد روي قطعات را ميتوان با فرايندي شبيه به سكه زني با سرعت انجام داد.
٥. نيروي فورج
لازم در فرايند فورج با قالب حفرهدار از رابطة زير بدستميآيد: ،F ، نيروي فورج
F kY A f =
سطح مورد فورج به همراه زائده A تنش سيلان ماده در دماي فورج و Yf ،( يك ضريب (از جدول ٢ بدست ميآيد k كه
80 ) تغيير ميكند. psi-140 psi) 1000 MPa 550 تا MPa ميباشد. در فورج داغ فشار واقعي فورج از
براي محاسبه نيروي فورج k جدول ٢- مقادير
3- اشكال ساده بدون زائده 5
5- اشكال ساده با زائده 8
8- اشكال پيچيده با زائده 12
٦. طراحي قالبهاي فورج
طراحي فالبهاي فورج به دانش زيادي دربارة خواص استحكام، چكشخواري، حساسيت به نرخ تغييرشكل و دما، اصطكاك
و شكل قطعه نياز دارد. اعوجاج قالب تحت بارهاي بالا، خصوصا در توليد قطعات با تلرانس كم قابل ملاحظه ميباشد.
مهمترين قانون در طراحي قالب اين است كه قطعه در هنگام عمليات فورج در جهتي كه داراي كمترين مقاومت است
جريان مييابد. بنابراين قطعه (شكل مياني) بايستي به گونهاي شكل داده شود تا تمامي حفرههاي قالب پر شود. در شكل
٤ مثالي از شكلدهي مياني يك شاتون آمده است. -a
شكلدهي اوليه ٢ در شكلدهي اوليه قطعه، ماده نبايد به آساني به سمت زائده حركت كند. الگوي جريان دانهاي بايستي
مطلوب باشد و لغزشهاي شديد بين قطعه و قالب بايستي به حداقل برسد تا فرسايش كاهش يابد. انتخاب اشكال نيازمند
تجربة زيادي بوده، شامل محاسبات سطوح مقطع در هر موقعيتي از فورج ميباشد. از آنجاييكه ماده در اين فرايند تحت
تغييرشكلهاي مختلفي در مناطق مختلف حفرههاي قالب ميباشد، خواص مكانيكي بستگي به موقعيت فورج دارد.
طراحي قالب در شكل ٧ اجزاي استاندارد قالبهاي مختلف فورج بسته معمولي آمده است. در ادامه دربارة اين اجزا
توضيح داده شده است، بعضي از آنها شبيه به موارد گفته شده دربارة ريختهگري ميباشد.
شكل ٧- اجزاي استاندارد قالبهاي مختلف فورج بسته
معمولي.
1 Sizing
2 Preshaping
٢١
درست در مكان بزرگترين سطح مقطع قطعه قرار دارد. در (Parting line) در اغلب قطعات فورجشده، خط جدايش
قطعات متقارن خط جدايش معمولا خط مستقيمي در مركز قطعه ميباشد اما در قطعات پيچيده اين خط در يك صفحه
قرار ندارد. اين قالبها به گونهاي طراحي ميشوند تا هنگام كار قفل شده و از حركتهاي عرضي قالب جلوگيري شود.
در اين حالت تعادل نيروها و هممحوري قطعات قالب حفظ ميگردد. بعد از آنكه قالب پر شد به اضافة مواد اجازه داده
راه پيدا كند. اين موضوع باعث ميشود كه اين مواد اضافي باعث بالا بردن فشار (Gutter) ميشود كه به داخل سيمراهه
برابر % 3 بيشترين ضخامت قطعه فورجكاري ميباشد. طول تكة مسطح (Flash) قالب نشوند. معمولا ضخامت زائده
معمولا دو تا پنج برابر ضخامت زائده ميباشد. در طي سالها چند طراحي مختلف براي سيمراه ارائه شده است. در (Land)
مناسب براي بيرون آمدن قطعه از قالب نياز ميباشد. قطعه در هنگام (Draft angle) اغلب قالبهاي فورج به زاوية شيب
خنكشدن هم از نظر طولي و هم از نظر شعاعي منقبض ميشود بنابراين زواياي شيب داخلي بزرگتر از زواياي شيب
خارجي ساخته ميشوند. زواياي داخلي در حدود ٧ تا ١٠ درجه و زواياي خارجي در حدود ٣ نا ٥ درجه ميباشند.
انتخاب صحيح اندازة شعاعها و گوشهها به منظور اطمينان خاطر از جريان آرام فلز به داخل حفرهها و افزايش عمر قالب
بسيار مهم است. معمولا شعاعهاي كوچك غيرمطلوب ميباشد، چراكه جريان فلز را با سختي مواجه كرده، فرسايش قالب
را بالا ميبرد (به دليل ايجاد تمركز تنش و حرارت). قوسهاي كوچك همچنين سبب ايجاد تركهاي ناشي از خستگي ١ در
قالب ميشود. بنابراين مقدار اين قوسها تا آنجاييكه طراحي قطعة فورجكاري اجازه ميدهد بايد بزرگ باشد.
در فرايند فورج، خصوصا براي قطعات پيچيده ميتوان از قالبهاي چندتكه به جاي قالبهاي يكتكه استفاده نمود (شكل
٨). اين موضوع باعث كاهش هزينههاي ساخت قالبهاي مشابه ميشود. اين تكهها (مغزيها) را ميتوان از مواد
پراستحكامتر و سختتر ساخت. در صورت فرسايش و شكست اين تكهها آنها را به راحتي ميتوان تعويض نمود.
شكل ٨- مغزيهاي استفاده شده در قالب فورج هوزينگ اكسل
خودرو.
٧. جنس قالبها و روانكارها ٢
مواد قالب. اغلب عمليات فورج خصوصا در مورد قطعات بزرگ، در دماهاي بالا انجام ميشود. بنابراين مواد قالب
بايستي (الف) داراي استحكام و چقرمگي در دماهاي بالا باشند، (ب) سختيپذير بوده و بتوان آنها را صورت يكنواخت
سختكاري نمود، (ج) در مقابل شوكهاي حرارتي و مكانيكي مقاوم باشند و (د) در مقابل سايش به سبب پوسته شدن
در فورج داغ مقاوم باشند.
1 Fatigue cracking
2 Lubrication
٢٢
انتخاب جنس قالب به فاكتورهايي نظير ابعاد قالب، تركيب و خواص قطعه، پيچيده بودن قطعه، دماي فورج، نوع فرايند
فورج، هزينة مواد قالب و تيراژ قطعه بستگي دارد. همچنين انتقال حرارت از قطعة داغ به قالب (و بنابراين اعوجاج قالب)
فاكتور مهمي ميباشد. از مواد كه معمولا در ساخت قالبهاي فورج استفاده ميشوند، ميتوان به فولادهاي داراي كرم،
نيكل، موليبدن و واناديم اشاره نمود.
روانكارها. روانكارها به شدت بر ميزان اصطكاك و سايش تاثير ميگذارند. بنابراين در مقدار نيروها و جريان فلز
به داخل حفرهها موثرند. همچنين به عنوان حايل حرارتي بين قطعة داغ و قالب نسبتا خنك عمل كرده، باعث پايين آمدن
نرخ خنكشوندگي قطعه و بهبود جريان فلز ميگردد. نقش مهم ديگر روانكار عملكردن به عنوان عامل جدايش و
جلوگيري كننده از چسبيدن قطعه به قالب ميباشد.
در فرايند فورج از روانكارهاي مختلفي ميتوان استفاده نمود. در فورج داغ از گرافيت، ديسولفيد موليبدن و در بعضي
اوقات از شيشه به عنوان روانكار استفاده ميشود. در فورج سرد، از روغنهاي معدني و صابونها به عنوان روانكار
استفاده ميشود. در فورج داغ معمولا قالب مستقيما به روانكار آغشته ميشود؛ در فورج سرد قطعه به روانكار آغشته
ميشود. روش كاربرد و يكنواخت نمودن ضخامت روانكار روي بلانك در كيفيت محصول مهم است.
٢٣
نورد
١. مقدمه
.( نورد ١ روشي براي كاهش ضخامت (يا تغيير سطح مقطع) قطعات طويل با استفاده از دو يا چند غلتك ميباشد (شكل ١
90% قطعات فولادي توليد شده از فرايندهاي شكلدهي فلزات با اين روش توليد ميشوند. اين ر

روشهاي توليد لوله

مطالب مشابه :

کاردستی :ساخت قاب عكس

تاريخچه سنگهاي تزييني

چیدمان وسايل دكوري

لیست لوازم سیسمونی نوزاد

روشهاي توليد لوله