دو نوع مختلف ریخته گری کوبشی مستقیم( ۱۳(DSCو ریخته گری کوبشی غیرمستقیم (ISC) وجود دارد.  در ریخته گری کوبشی مستقیم، فشار به تمام سطح مذاب اعمال شده و مذاب تحت این شرایط منجمد می شود. این روش بیشتر برای قطعات با ضریب شکل ( فاکتور رعنائی ) کم که دارای پهنا و ارتفاع تقریباً نزدیک به هم هستند به کار میرود. این روش خود نیز به دوروش دیگر، بدون حرکت مذاب در درون قالب (غالبا برای تولید شمش) و با حرکت مذاب در درون قالب یا اصطلاحاً ریخته گری اکستروژنی برای تولید قطعات تقسیم می شود. این روش برای گستره وسیعی از آلیاژها و کامپوزی تهای زمینه فلزی به کارگرفته شده است

۱۳ -در صورت مکانیزه کردن این روش نیاز به اپراتور تا حد زیادی کاهش می یابد، زیرا که تنها یک برنامه کامپیوتری می توانند تمامی مراحل فرآیند را کنترل کند.
محدودیت های فرآیند ریخته گری کوبشی
درکنارمزایای ذکر شده در قسمت قبلی ریخته گری کوبشی دارای معایب و محدودیت هائی نیز می باشد که مهمترین آنها عبارتند از:
۱- -تجهیزات اولیه این روش مانند قالب و پرس در مقایسه با ریخته گری ثقلی گران تر می باشد
۲–قالب به کار رفته به دلیل اینکه تحت سیکلهای حرارتی وتنشی متوالی قرار می گیردنسبت به قال بهای دائم مورد استفاده در ریخته گری ثقلی دارای عمر کمتر می باشد
۳- در این روش با توجه به اینکه سیستم راهگاهی وجود ندارد و مذابی که در قالب ریخته می شود تماماً تبدیل به قطعه می شود، مذاب ریخته شده باید دقیقاً وزن شود که این امر یکی از معایب این روش می باشد. البته در ریخته گری کوبشی غیرمستقیم این مشکل وجود ندارد
۴- با توجه به اینکه مذاب کاملاً تبدیل به قطعه می شود پس مذاب باید کاملاً تمیز و عاری از هرگونه آلودگی و آخال باشد در غیر این صورت آلودگی ها و آخالها در قطعه می مانند و خواص مکانیکی قطعه را به شدت کاهش میدهند
-۵- در این روش با توجه به اینکه پانچ بر مذاب درون قالب فشار اعمال می کند، نمی توان قطعات خیلی بزرگ را تولید کرد زیرا که طراحی سیستم اعمال فشار وقالب نه اقتصادی است و نه امکان پذیر. پس در این روش نسبت به روش ثقلی محدودیت وزن و اندازه  قطعات وجود دارد .
۶-در این روش تولید مقاطع خیلی نازک مشکل است و رسیدن به ضخامت کمتر از ۴ میلی متر حتی با روش ریخته گری کوبشی غیرمستقیم که سرعت سرد شدن کمتری دارد، به سختی امکان پذیر می باشد.
۷-در این روش به دلیل اعمال فشار بالا احتمال پیچش و اعوجاج قطعات نسبت به ریخته گری ثقلی، بویژه در هنگام عملیات حرارتی بیشتر است
۴ کاهش قابل ملاحظه تخلخلهای گازی و انقباضی یکی دیگر از مزیت های ریخته گری کوبشی است و در صورتی که فشار و دیگر پارامترها به طور صحیح تعیین وکنترل شوند میتوان تخلخلها را کاملاً حذف کرد.
۵ -با استفاده از ریخته گری کوبشی امکان تولید قطعات نزدیک به شکل نهائی وجود دارد. مخصوصاً برای قطعات از جنس آلیاژهای غیرآهنی میتوان به دقت ابعادی ۵/۰ mm دست یافت.
-۶ اعمال فشار در حین انجماد و تسریع انتقال حرارت، سرعت انجماد و سرعت تولید را افزایش می دهد. بسته به اندازه قطعه سرعت ریخته گری کوبشی ۲ تا ۳ برابرسرعت ریخته گریدر قالب فلزی می باشد.
-۷ با توجه به اعمال فشار در حین انجماد سیالیت مذاب اهمیت کمتری پیدا می کند. اصولاً هر آلیاژی را که بتوان ذوب کرد چه ریختگی یا کارپذیر، میتوانبا این روش با کمترین عیوب،ریخته گری نمود.
-۸ قطعاتی بدون عیب و با کیفیت قطعات آهنگری شده با این روش قابل تولید هستند. با این تفاوت که در روش آهنگری نیاز به ستفاده از چند قالب یا چند بار استفاده از یک قالب برای تولید قطعه می باشد، اما در این روش تنها نیاز به یک بار استفاده از یک قالب داشته و با توجه به اینکه فشار اعمالی در آهنگری بسیار زیاد است و بسیاری اوقات به صورت ضربه ای و آن هم بر فلزدر حالت جامد اعمال می شود، استهلاک قالب در روش آهنگری از روش ریخته گری کوبشی بالاتر می باشد.
-۹ در این روش اصلاح سازی ساختار میکروسکپی و بهبود خواص مکانیکی از طریق اعمال فشار بهینه انجام می شود و استفاده از مواد جوانه زا، گاز زدا و اصلاح ساز به شدت کاهش می یابد و در بسیاری از موارد مورد نیاز نمی باشد[
۱۰ -به دلیل استفاده از قالب با کیفیت بالا و استفاده از پوشش بر روی سطح درونی قالب استهلاک قالب کاهش می یابد و ابعاد قطعات تولیدی تکرارپذیر بوده که از این لحاظ با ریخته گری تحت فشار مشابهت دارد
-۱۱ به دلیل اینکه قطعات تولیدی فاقد عیوب ریخته گری هستند، نیاز به انجام آزمایشهای غیرمخرب بر روی قطعات در برخی اوقات رفع می شود[
۲ در ریخته گری کوبشی حفر ه ها و تخلخلها کاهش یافته و به دام افتادن گازها در حین انجماد رخ نمی دهد، این قطعات قابلیت عملیات حرارتی را دارند. در روشهای ریخته گری ثقلی  و ریخته گری پرفشاربه علت به دام افتادن گازها در حین انجماد و وجود حفر ه ها وتخلخلها در قطعه تولیدی، در حین عملیات حرارتی ممکن است قطعه دچارتاول زدگی ۱۹ شود تصویر یک قطعه تولید شده به روش ریخته گری ثقلی که در حین عملیات حرارتی تاول زده است در شکل ۴ ملاحظه می شود
تا A در شکل هم مشاهده می شود اگر بخواهیم طبقه بندی با عالی، خوب، متوسط و ضعیف نشان دهیم ریخته گری کوبشی در هر چهار مورد مقایسه حائز رتبه خوب شده است .
یک مقایسه دیگر در نمودار گرافیکی شکل ۶ آمده است که در آن جوش پذیری، قابلیت عملیات حرارتی، نداشتن تخلخلهای انقباضی،نداشتن تخلخلهای گازی، کیفیت سطحی و قابلیت تولید کامپوزی تهابا دیگر فرآیندهای ریخته گری مقایسه شده است. در این مقایسه نیز ریخته گری کوبشی دارای بیشترین امتیاز می باشد.

ریخته گری کوبشی بیشترین کاربرد را برای تولید قطعات خودرو دارد. چرخ، پیستون، چرخ دنده، دیسک ترمز، و قطعات دیگر مواردی از کاربرد ریخته گری کوبشی برای تولید قطعات می باشد. اخیراً ریخته گری کوبشی برای تولید کامپوزی تهای زمینه فلزی به کار گرفته شده است و هم اکنون متداول ترین روش برای تولید این  قطعات می با شد.
پارامترها فرآیند ریخته گری کوبشی
یکی از پارامترهای مهم فرآیند ریخته گری کوبشی آلیاژ مورداستفاده می باشد. ترکیب شیمیایی وخواص فیزیکی آلیاژ به دلیل اینکه تأثیر مستقیم بر عمر قالب دارند از اهمیت خاصی برخوردارند. ترکیب شیمیائی خود تعیین کننده خواص فیزیکی چون دمای ذوب، هدایت حرارتی، ضریب انبساط حرارتی، ضریب انتقال حرارت به قالب، جوش خوردن به قالب و برد انجماد می باشد. از آنجائی که دمای ذوب فلز تعیین کننده جنس قالب مورد استفاده است این روش برای آلیاژها با نقطه ذوب پائین نظیر آلومینیوم و منیزیم  کاربرد بیشتری دارد.
از دیگر پارامترهای ریخته گری کوبشی میتوانبه میزان فشار اعمالی، دمای ریخته گری، دمای قالب ومیزان فوق گداز اشاره کرد. کیفیت مذاب از لحاظ تمیز بودن و حضور آخا لها، نوع حرکت مذاب در درون قالب (که م یتواند باعث تلاطم شود)، پوشش قالب و مدت زمان ماندن مذاب در قالب قبل از اینکه روی آن فشار اعمال در ادامه در مورد ، شود از دیگر پارامترهای مهم م یباشند مهمترین پارامترهای فرآیند توضیحات بیشتری آورده شده است.
دمای ریخته گری
دمائی که مذاب از آن دما به داخل قالب ریخته می شود بر کیفیت قطعه و عمر قالب تاثیرگذار است. دمای ریخته گری در روش ریخته گری کوبشی، با توجه به انجماد تحت فشار، نسبت به رو شهای دیگر ریخته گری پایین تر می باشد

دمای پائین بارریزی سبب کاهش سیالیت مذاب می شود که البته به خاطر اعمال فشار بر مذاب این مسئله اهمیت کمتری دارد. دمای بارریزی باید به دقت انتخاب شود زیرا که دمای بارریزی خیلی کم ممکن است بدلیل کاهش سیالیت سبب پر نشدن کامل قالب (بخصوص در مقاطع نازک) و یا سرد جوشی ۲۱ شود. دمای ریخته گری بسیار بالا ممکن است سبب حرکت مذاب در درون فضای بین سنبه و قالب و تشکیل پلیسه شود و در هنگام خروج قطعه سبب گیر کردن قطعه در قالب گردد. دمای بارریزی بالا همچنین ممکن است سبب ایجاد . ترک گرم در قالب یا پانچ شود
دمای بارریزی برای آلیاژهای آلومینیوم بین ۱۹ تا ۱۰۰ درجه بالاتر از خط لیکوئیدوس انتخاب می شود که حد پائین برای آلیاژهای ۴۱۳ به کار A 390 و برای آلیاژهای ۳۰۰۳ و A 7075 بکار گرفته می شود. این فوق گداز برای آلیاژها با دمای ذوب بالاتر نظیر آلیاژهای مس و فولاد بیشتر بوده و در حدود ۳۰ تا ۱۵۰ درجه است تا از انجماد اولیه مذاب قبل از اعمال فشار تا حد امکان جلوگیری نمایند.
دمای قالب
دمای پیش گرم قالب باید به گونه ای انتخاب می شودکه اولاً از انجماد زودهنگام مذاب قبل از اعمال فشار تا حد امکان جلوگیری شود، ثانیاً مانع خستگی حرارتی  قالب شود و در عین حال از تشکیل عیوب سطحی و جوش سرد قطعه به قالب جلوگیری نماید. دمای پیش گرم خیلی پائین ضخامت لایه منجمد شده اولیه قبل از اعمال فشار را افزایش داده و دمای خیلی بالا تمایل به جوش خوردن مذاب و قالب را افزایش می دهد. این دما در محدوده ۱۵۰تا ۴۰۰ درجه سانتی گراد تغییر می کند که برای جلوگیری از معایب سطحی و سایر معایب از دمای بالا خودداری م یکنند. برای آلیاژهای آلومینیوم دمای قالب بینِ ۲۰۰ و ۳۰۰ درجة سانتی گراد و برای آلیاژهای آهنی این دما بینِ ۳۰۰ و ۴۰۰ است .
کیفیت و کمیت مذاب
در روش ریخته گری کوبشی مستقیم تمام مذاب ریخته شده در قالب تبدیل به قطعه می شود، از این رو مذاب باید تمیز باشد به همین جهت باید سرباره و ناخالص یها را تا حد امکان از مذاب حذف کرد. این کار را میتوانبا فلاکس  زدن، فیلتر کردن مذاب و دراین روش باید مذاب ، ریخته گریاز کف پاتیل انجام داد به دقت وزن شود زیرا که میزان مذاب تعیین کننده ابعاد نهائی قطعه می باشد.
میزان و مدت زمان اعمال فشار
که پائین تر از آن (PSC) فشار بهینه باید از یک میزان حداقل عیوب انقباضی رخ می دهد، بیشتر باشد و همچنین باید از میزان که در فشارهای بالاتر از آن جدایش ماکروسکوپی (PMS) حداکثری فشار اعمالی .[PSC < P < PMS) رخ می دهد،کمتر باشد ( ۱۴۱۸۰ ) مگاپاسکال برای جلوگیری از ایجاد حفره – درمحدوده ای گازی و انقباضی در اکثر آلیاژهای آهنی و غیرآهنی لازم است. در مورد مدت زمان اعمال فشار میتوانگفت که مواردی چون نوع آلیاژ، شکل قطعه و شرایط انتقال حرارت بر میزان آن تاثیر م یگذارند. فشار اعمالی باید تا زمانی که انجماد پایان پذیرد اعمال شود، و برای جلوگیری از پارگی گرم  ممکن است زما نهای ، طولانی تری نیز برای اعمال فشار به کارگرفته شود .
سرعت اعمال فشار
سرعت بالای پانچ در هنگام تماس با فلز م یتواند اثرات معکوس داشته باشد مثلاً در خطوط جدایش قالب امکان پلیسه شدن وجود دارد، همچنین ممکن است در محل تماس پانچ فشار به طور لحظه ای بالا رود و باعث انجماد زودهنگام شود که این خود باعث غیریکنواختی در قطعه می شود برای بیشتر کارهای عملی و تجربی برای جلوگیری از انجماد زودهنگام فلز در قالب سرعت پانچ برای اعمال فشار را۰/۵ انتخاب م یکنند. در حالتی که فاصله cm/s2آزاد بین سنبه و قالب زیاد است از دو سرعت مختلف برای اعمال آزاد بین سنبه و قالب زیاد است از دو سرعت مختلف برای اعمال فشار استفاده م یکنند یکی سرعت بالا برای انتقال سنبه به سطح فلز مذاب و دیگری سرعت کم برای اعمال فشار بر مذاب برای انجماد تحت فشار می باشد.
دمای اعمال فشار
اینکه فشار باید زمانی اعمال شود که فلز کاملاً مذاب است یا اینکه زمانی اعمال شود که مقداری از فلز منجمد شده در بین محققین اختلاف نظر وجود دارد. عده ای از محققین بر این عقیده اند که فشار باید در دمائی اعمال شود که سیالیت مذاب به صفر م یرسد که این دما در محدوده بین لیکوئیدوس و سالیدوس قرار دارد. عده دیگر معتقدند که برای اینکه یک قطعه با روش ریخته گری کوبشی ریخته شود باید فشار بر فلز کاملاً مذاب اعمال شود. برای رسیدن به دمای موردنظر برای اعمال فشار به مذاب ریخته شده درون قالب زمان داده می شود که به این زمان اصطلاحاً زمان ماند ۲۵ م یگویند. زمان ماند به شکل قطعه و دمای مذاب درون قالب وابسته است و ممکن است بسته به عوامل ذکر شده از چند ثانیه تا چند دقیقه طول بکشد.
جنس قالب
قالب باید از جنسی انتخاب شود که دارای استحکام بالا در دمای بالا و حفظ آن، تافنس مناسب و ساختار میکروسکوپی همگن باشد و با مذاب واکنش ندهد. جنس قالب به آلیاژی که ریخته می شود وابسته است و برای آلیاژهای آلومینیوم واکثرآلیاژهای غیرآهنی معمولاً ازفولاد H13  استفاده می شودکه فولاد گرمکار کروم-مولیبدن دار می باشد و خاصیت مقاومت در دمای بالا و مقاومت به خستگی حرارتی و مقاومت در برابر سایش را توام با هم داراست. هنگامی که هدف ریخته گری فلزات با دمای ذوب بالاتر مد نظر باشد باید از آلیاژهای مقاوم تر به دمای بالا نظیر آلیاژهای حاوی تنگستن و مولیبدن استفاده کرد .
پوشش قالب و روانکار
برای جلوگیری از سایش قالب، چسبیدن قطعه به قالب، واکنش مذاب به قالب و همچنین برای سهولت خروج قطعه از قالب قبل از هر ریخته گری درون قالب را با یک ماده مناسب پوشش م یدهند. نوع پوشش به جنس قالب و آلیاژ مصرفی ریخته گری وابسته است. معمولاً برای پوشش قالب و سنبه در هر ریخته گری از اسپری کردن محلول کلوئیدی گرافیت و آب بر روی آنها استفاده می شود. برای شرایط دمای شدیدتر نظیر ریخته گری کوبشی فولاد از اسپری کردن یک محلول حاوی ذرات سرامیکی روی سطح قالب و سنبه استفاده می شود که این محلول معمولاً کلوئیدی از مخلوط پودر آلومینا و چسب در آب می باشد .
بررسی مبانی تئوریک فرآیند ریخته گری کوبشی و اثر فشار از مهمترین آثار اعمال فشار میتوانبه موارد زیر اشاره نمود:
الف: تأثیر فشار بر دیاگرام فازی
در اثر تغییر فشار دمای ذوب آلیاژ نیز تغییر می کند، البته اگر تغییرات فشار کم باشد میزان تغییرات دمای ذوب ناچیز است. نقطه ذوب اکثر فلزات و آلیاژها به جز عناصری نظیرگالیم، سیلیسیم،ژرمانیم و بیسموت با افزایش فشار افزایش می یابد و این افزایش از معادله کلازیوس – کلاپیرون رابطه تبعیت می کند .

+ نوشته شده در  شنبه ۳۰ آذر ۱۳۹۲ساعت 11:34  توسط سيد مصطفي محمدزاده   |