پیش‌نویس:سیستم های راهگاهی
مقدمه[ویرایش]
تولید قطعات ریختگی با کیفیت متالوژیکی و قابلیت اطمینان بالا، به هدایت و کنترل صحیح مذاب از محفظه باریزی تا محفظه قالب نیاز دارد. این امر به وسیله مجموعه‌ای از کانال‌ها به نام سیستم راهگاهی صورت می‌گیرد که طراحی شکل و محاسبه ابعاد آن مهم ترین و اساسی‌ترین مباحث مهندسی ریخته‌گری است.
به طور کلی عیوب موجود در قطعات ریختگی را می‌توان ناشی از طراحی نامناسب سیستم راهگاهی ( Filling system) و یا سیستم تغذیه گذاری( Feeding system) دانست که بر اساس نظر بسیاری از پژوهشگران، سیستم راهگاهی سهم بیشتری را در تولید قطعات معیوب دارد.
ویژگی های سیستم راهگاهی[ویرایش]
سیستم راهگاهی مجموعه‌ای از کانال‌هاست که مذاب را از محفظه باریزی به قالب محفظه می‌کند. سیستم راهگاهی برای تولید قطعات ریختگی باید دارای ویژگی‌ها زیر باشد:
1. هدایت جریان مذاب به صورت آرام و یکنواخت ، جلوگیری از تلاطم سطحی آن در سیستم راهگاهی و محفظه قالب
2. پر کردن به ترتیب و کامل اجزای سیستم از مذاب
3. جلوگیری از تشکیل اکسید ، آخال ، سرباره ، گاز و حباب و ورود آنها به محفظه قالب
4. تنظیم شیب دمایی مناسب به منظور ایجاد انجماد جهت‌دار در قطعه ریختگی
5. پر کردن یکنواخت و کامل محفظه قالب از مذاب
6. تولید قطعه سالم با توجه به تقاضا
7. اقتصادی بودن وزن سیستم راهگاهی
علاوه براین، سهولت جدا کردن سیستم راهگاهی از قطعه و کاهش عملیات ریخته پیرایی از نکات مهمی است که در طراحی سیستم راهگاهی مورد توجه قرار می‌گیرد.
معایبی که در اثر عدم دقت در سیستم‌های راهگاهی امکان ایجاد وجود دارد عبارتند از:
1. وارد شدن ماسه ، شلاکه ( slag) ناخالصی‌ها ( impurites) به همراه مذاب به محفظه قالب خصوصاً تجمع درتای بالای قالب
2. خشن شدن سطح قطعه ریختگی ( surace roughness)
3. جذب گاز در مذاب و ایجاد مک و حفره (Blow holes ) در قطعه ریختگی
4. اکسید شدن بیش از حد مذاب
5. ایجاد حفره های انقباضی در قطعه ریختگی
6. پر نشدن کامل قالب به علت نرسیدن مذاب( Misrun )
7. نفوذ مذاب در ماهیچه ها
8. وارد شدن ذرات پیش جامد شده در محفظه قالب
اجرای اصلی سیستم راهگاهی[ویرایش]
در روشهای ریخته گری وزنی معمولاً مذاب از طریق یک کانال عمودی به نام راهگاه بارریز( sprue) به درون قالب ریخته می شود.
سپس راهگاه به کانال اصلی به نام راهبار( Runner) متصل میشود. برای اتصال راهبار به قطعه از کانال فرعی به نام راهباره استفاده میشود تا مذاب را وارد محفظه قالب کند. دو جز دیگر سیستم راهگاهی، حوضچه بارریز( Pouring basin) و حوضچه پای راهگاه ( well) هستند که اولی در بالای راهگاه بارریز و دومی در پایین آن قرار دارد.
حوضچه بارریز عمل ریختن مذاب را تسهیل می‌کند و حوضچه پای راهگاه، آشفتگی مذاب سقوط کرده را کاهش میدهد.
حوضچه بارریز( Pouring basin):[ویرایش]
هنگام ریختن سیالی از یک ارتفاع بر روی سطح، سبال پس از برخورد به طرف بالا پخش میشود.
در سیستم راهگاهی، کنترل این جریان ، جلوگیری از پخش شدن بیشتر و سقوط ناگهانی آن به درون راهگاه بارریز اهمیت بسیاری دارد.
وجود محفظه مناسب در بالای راهگاه بارریز باعث میشود که انرژی حرکتی و اغتشاش اولیه مذاب ناشی از ریزش آن از لبه پاتیل تا قالب کاهش یابد.
گشاد کردن قسمت بالای راهگاه بارریز ایجاد حوضچه عمل ریختن مذاب را می‌کند. عدم استفاده از حوضچه، امکان ورود شلاکه به داخل راهگاه باریز را زیاد می‌کند. هر قدر حوضچه بزرگتر در نظر گرفته شود ابن امکان تقلیل می‌یابد.
شکل حوضچه های قیفی تنها از نظر طراحی و ساخت بسیار آسان هستند ولی قادر به کنترل بارریزی نمی‌باشند و بدترین شکل برای حوضچه اند.
حوض باید به شکل مکعب مستطیلی با گوشه های انحنادار باشد که در کف آن دهانه ورودی راهگاه بارریز قرار گیرد.
قطر یا عرض حوضچه باید دو برابر قطر جریان مذابی که از پاتیل به داخل آن ریخته شود، در نظر گرفته شود. عمق حوضچه نیز باید به صورتی باشد که در هنگام ریختن مذاب به داخل آن هیچ گونه پاشیدگی مذاب صورت نگیرد.
راهگاه باریز( sprue) :[ویرایش]
راهگاه بارریز معمولاً به صورت استوانه‌ای در نظر گرفته میشود که سطح مخصوص آن اندکی کمتر از سطح مخصوص راهگاه با مقطع گوشه‌دار می باشد و جز این امتیاز دیگری ندارد. استفاده از راهگاه بارریز شیبدار همواره مفید است.
به دلایل مشکلات عملی در تهیه قالب‌های ماشینی با سرعت بالا، در سیستم‌های فشاری از راهگاه بارریز بدون شیب و یا با شیب جزئی استفاده میشود. در سیستم‌های غیر فشاری همواره لازم است از راهگاه بارریزی استفاده گردد که قسمت تحتانی آن کمترین سطح مقطع ممکن را در مقایسه با قسمت‌های دیگر آن داشته باشد.
در صورتی که در این سیستم از راهگاه بارریز بدون شیب استفاده میشود ، باید در محل اتصال راهگاه بارریز و راهگاه اصلی از تنگه استفاده گردد.
اگر راهگاه باریز بزرگتر از اندازه لازم طراحی شود زمان پر شدن را طولانی و از طرفی تلاطم را زیاد می‌کند. همچنین مذاب به صورت آزاد سقوط می‌کند که باعث ورود هوا ، تخریب قالب ، دمیده شدن هوا از درون ماسه قالب و سوخته شدن چسب ماسه میشود.
راهگاه اصلی( Runner):[ویرایش]
یک راهبار باید به صورتی باشد تا مذاب متلاطمی که از راهگاه بارریز وارد شده بتواند در آن آرام شود،
سیستم راهگاهی را به ترتیب پر کند و وارد محفظه قالب شود. از این رو راهبار ها باید در درجه پایین و راهباره ها در درجه بالا قرار گیرند که این حالت معمولاً در سیستم‌های غیر فشاری به کار می‌رود. در این صورت مذاب زمان کافی دارد تا به آرامی در راهبار جریان یابد و آن را پر کند. ین زمان حباب ها و سرباره‌های مذاب می‌توانند در سطح آن شناور شوند و به سطح فوقانی راهبار و راهباره بچسبند هرگونه تغییر جهت ناگهانی در راهبار باعث ایجاد تلاطم اضافی مذاب و ماسه‌شویی میشود. در این طرح برای راهگاه اصلی ، ساده ترین آنهاست.
به همین دلیل، فضای درجه قالب گیری اجازه دهد، بهترین نوع راهگاه اصلی نوع مستقیم آن می‌باشد. ایجاد هرگونه قوسی در این راهگاه به ایجاد حرکت اغتشاشی مذاب کمک می‌کند. چنانچه به کار بردن قوس در راهگاه اصلی اجتناب ناپذیر باشد ، بایستی این قوس را با حداکثر زاویه ممکن ایجاد کرد. در راهگاههای اصلی انحنادار ، نباید راهگاه فرعی را نزدیک قسمت قوس راهگاه اصلی تعبیه کرد. اگر فضای قالب اجازه دهد ، فاصله نزدیک‌ترین راهگاه فرعی از قوس راهگاه اصلی باید حداقل 0.10 متر در نظر گرفته شود. چنانچه از یک راهگاه اصلی گرد استفاده میشود باید از به کار بردن راهگاه فرعی در وسط قوس پرهیز کرد. اصولاً در حالتی که برای قطعه‌ای استوانه‌ای شکل از راهگاه اصلی گرد استفاده میشود توصیه میگردد که سیستم راهگاهی غیر فشاری به کار رود .سطح مقطع راهگاه اصلی بیشتر به صورت چهارگوش(با حداقل شیب ممکن) است.
راهباره ( Gate):[ویرایش]
یکی از مهم ترین اجزای سیستم راهگاهی جدید ، راهباره است و مقطع آن باید به اندازه‌ای باشد که مذاب با سرعتی در محدوده سرعت بحرانی از درون آن وارد قطعه شود. بنابراین با توجه به قانون پیوستگی ، سطح مقطع راهباره بیشترین اندازه را در بین سطوح مقاطع دیگر سیستم خواهد داشت. برای ایجاد جریان یکنواخت ورودی به سطح قطعه ، سطح مقطع کل راهباره‌های روی هر راهبار باید با راهبارهای دیگر برابر باشد.
با توجه به اصول طراحی سیستم غیر فشاری ، راهباره باید به سطح بالایی راهباره متصل گردد تا اول راهبار و سپس راهباره پر شود. این پر شدن رو به بالا ، پیوستگی هلاله مذاب را تضمین نموده و باعث خروج هوا میگردد.
راهگاههای فرعی به ویژه در سیستم‌های فشاری مهمترین جز سیستم راهگاهی به شمار می‌روند. تعبیه ضخامت محاسبه شده راهگاه فرعی در مرحله قالب گیری به دقت زیادی نیاز دارد. عدم دقت کافی در جریان قالب‌گیری در بعضی از موارد به کوچکتر و یا بزرگتر شدن ضخامت راهگاههای فرعی نسبت به مقدار تعیین شده (که از طریق محاسبه به دست آمده) منجر می شود. این مشکل در مواردی میتواند باعث افزایش ضایعات قطعات ریختگی شود.
بی تعبیه راهگاه های فرعی در قالب هرگز نباید از برشکاری دستی استفاده کرد، بلکه لازم است مدلهای مربوط به سیستم راهگاهی تهیه شوند.
یک دلیل ساده برای این توصیه، سهولت در جداسازی راهگاه ها از قطعه ریختگی و همچنین جلوگیری از ورود شلاکه به محفظه قالب می باشد. حداقل ضخامت مجاز ( ضخامت مناسب ) راهگاه فرعی به درجه حرارت ریختن مذاب بستگی دارد. انجماد مذاب در راهگاه های فرعی از گوشه آغاز میشود.
حوضچه پای راهگاه (well ):[ویرایش]
اکثر محققان استفاده از یک حوضچه در پای راهگاه بارریز را برای آرام سازی جریان مذاب پیشنهاد کرده اند.
در انتهای راهگاه بارریز چاهکی بنام پای راهگاه ( sprue base) تعبیه میشود که مذاب پس از پر کردن به راهگاه اصلی وارد میگردد. سطح مقطع افقی پای راهگاه میتواند حدودا دو برابر سطح مقطع افقی قسمت انتهایی راهگاه بارریز در نظر گرفته شود و عمق آن می تواند تقریبا برابر ارتفاع راهگاه اصلی باشد.
انواع سیستم های راهگاهی[ویرایش]
سیستم‌های راهگاهی بر اساس چگونگی تغییرات سرعت و فشار مذاب در اجزای سیستم به فشاری (همگرا)، غیر فشاری (واگرا) و غیر فشاری-فشاری تقسیم میشوند. علاوه بر این، سیستم‌های راهگاهی را می‌توان بر اساس روشهای متداول و روند پر کردن قالب از مذاب به سیستم‌های سرریز، پهلو ریز، کف ریز، کاردی و پله‌ای طبقه‌بندی نمود که بر حسب شرایط و خواص مورد انتظار از قطعه، قالب و امکانات انتخاب میشوند.
درحالت اول، نسبت سطوح مقاطع حالت اجزای سیستم راهگاهی (Gating Raito) به صورت S.R.G ( راهباره: راهبار: راهگاه بارریز)، تعیین کننده نوع سیستم راهگاهی است و برای محاسبه سطوح مقاطع اجزای سیستم به کار می رود. (در صورت چند شاخه بودن سیستم، نسبت مجموع مقاطع اجزاء در نظر گرفته می شود). نوع سیستم راهگاهی به محل قرار گیری تنگه (Choke) بستگی دارد. تنگه کوچکترین سطح مقطع در سیستم است که نه تنها کنترل کننده دبی جریان است، بلکه مکان قرار گیری آن در سیستم، تعیین کننده الگوی جریان نیز می باشد.