راهنمای کاهش انقباض ریخته گری در قطعات فلزی

ظهور چاپ سه بعدی فلز، تخته سازی فلز سنتی را جایگزین نکرده است. در عوض، هنگامی که با ماشینکاری CNC ترکیب می شود، به تخته های فلزی دقت ابعاد نزدیک به کامل را می دهد،حفظ محبوبیت آنها برای تولید سریع قطعات پیچیده شکلبا این حال، تمام فرآیندهای ریخته گری که شامل خنک سازی فلز ذوب شده یا پلاستیک می شود، چه ریخته گری در حال ریخته گری، ریخته گری باز یا ریخته گری شن، با یک چالش مشترک روبرو هستند: کوچک شدن.

تصور کنید که یک قطعه اصلی را برای ماشین آلات دقیق با تحمل ابعاد بسیار تنگ طراحی کنید. کوچک شدن بدون کنترل در طول ریخته، حتی انحراف میکروسکوپی،می تواند کل قطعه را غیرفعال یا خرد کند.این سناریو نه تنها از دست دادن مالی قابل توجهی را نشان می دهد بلکه تاخیر در پروژه را تحت تاثیر قرار می دهد.

در اصطلاحات مهندسی، کوچک شدن به کاهش حجم اشاره دارد که زمانی رخ می دهد که فلز از حالت ذوب شده به حالت جامد در قالب تبدیل می شود.این پدیده جهانی ناشی از خواص ذاتی مواد در هنگام جامد شدن است، که باعث می شود تا حدودی کوچک شدن در فرآیندهای ریخته گری اجتناب ناپذیر باشد.

هنگامی که فلز ذوب شده وارد قالب می شود ، تقریباً فوراً جامد شدن شروع می شود و باعث تغییرات حجم می شود. کنترل دقیق پارامترهای ریختن از جمله دمای ، سرعت خنک شدن ،و طراحی قالب برای به حداقل رساندن اثرات کوچک شدن ضروری می شود.

• انقباض مایع:در حالی که فلز ذوب شده از دمای ریختن تا نقطه جامد شدن خنک می شود ، رخ می دهد. از دست دادن گرما باعث می شود که فلز جامد شود و انقباض کند و حجم آن کاهش یابد.
• فشرده شدن جامد:فاز بحرانی که در آن فلز از مایع به جامد تغییر می کند، به طور معمول 3-7٪ در حجم کاهش می یابد. آلومینیوم و آلیاژ های مس دارای نرخ کاهش شدیدتر هستند.
• انقباض جامد:پس از جامد شدن کامل، فلز ریخته شده به عنوان خنک شدن به دمای محیط ادامه می دهد و بر ابعاد نهایی تاثیر می گذارد.

نقایص کوچک شدن ناشی از عوامل متقابل متعدد فراتر از خواص فلز، از جمله عناصر طراحی و پارامترهای فرآیند است.

یک سیستم دروازه سازی به درستی طراحی شده باید جریان مداوم فلز ذوب شده را به تمام بخش های ریخته برای جبران انقباض فراهم کند.طراحی نامناسب منجر به جریان فلزی ناکافی می شود، ایجاد انقباض داخلی و حفره ها، به ویژه مشکل در ریخته گری شن، زمانی که ریزرها به درستی ریخته را تغذیه نمی کنند.

دمای بیش از حد ریختن باعث افزایش انقباض مایع و خنک شدن نامتناسق می شود و نقص هایی مانند منافذ را ایجاد می کند. در مقابل، دمای بسیار پایین باعث جامد شدن زودرس می شود.محدود کردن جریان فلز از طریق کانال های باریک و ایجاد حفره های انقباض.

هندسه قالب و تغییرات ضخامت دیواره گداخته باعث ایجاد نرخ خنک کننده غیر یکنواخت می شود که پیش بینی انقباض را پیچیده می کند.ویژگی هایی مانند دنده ها یا هسته هایی که برای تقویت قطعات طراحی شده اند ممکن است مشکلات را تشدید کنند- تثبیت جهت برای کنترل انقباض و دستیابی به اشکال مورد نظر ضروری است.

آلیاژ های مختلف نرخ انقباض تثبیت متفاوت را نشان می دهند. در حالی که آلیاژ های آلومینیوم و مس به طور کلی نسبت به آلیاژ های فولاد ضد زنگ یا نیکل انقباض بیشتری را نشان می دهند،فرمول های مخصوص آلیاژ در هر خانواده فلزی دارای ویژگی های کوچک شدن منحصر به فرد هستند..

نقص های کوچک شدن به دو دسته اصلی با ویژگی ها و پیامدهای متمایز تقسیم می شوند.

• کاهش لوله:حفره های مخروطی عمیق که در بالای ریخته سازی شکل می گیرند زیرا مواد در طول جامد شدن به سمت داخل کشیده می شوند.
• غوطه های سطحی:فشارهای سطحی کم عمق از انقباض خنک کننده، عمدتاً از نظر زیبایی به جای نگرانی های کاربردی.

• انقباض درونی:حفره ها یا حفره های داخل کاسینگ، اغلب در طرح هایی با ضخامت دیواری متفاوت قابل مشاهده است.
• میکروسکریپشن:حفره های میکروسکوپی که در سراسر کاسینگ از طرح های پیچیده یا جامد شدن نامناسب توزیع می شوند.

فراتر از عدم دقت ابعاد، کوچک شدن باعث ایجاد ضعف های داخلی می شود که یکپارچگی و عملکرد قطعات را به خطر می اندازد.

فشرده سازی ناشی از خنک شدن ابعاد ریخته سازی را تغییر می دهد و به طور بالقوه نیاز به ماشینکاری اضافی دارد.حسابداری برای نرخ انقباض خاص مواد در طول طراحی قالب برای برآورده کردن مشخصات ابعاد ضروری می شود.

نقص های آشکار مانند سینک های سطحی ایجاد نامنظماتی که بر ظاهر و عملکرد تاثیر می گذارد،به ویژه در کاربردهای دقیق مانند ریخته گری سرمایه یا ریخته گری فشار بالا که ممکن است تکمیل اضافی لازم باشد.

• استفاده از دستگاه های بلند کننده با اندازه مناسب در بخش های بحرانی
• طراحی سیستم های دروازه برای جریان صاف فلز با کمترین آشفتگی
• استفاده از تکنیک های تثبیت جهت دار برای دنباله های خنک کننده کنترل شده
• استفاده از یخچال های خنک کننده برای تسریع خنک شدن در بخش های ضخیم
• استفاده از مواد عایق برای کند کردن خنک شدن در صورت لزوم

کوچک شدن فلز های ریخته شده چالش های چند وجهی را ارائه می دهد که نیاز به توجه در هر مرحله تولید از طراحی سه بعدی تا پایان نهایی دارد.درک مکانیسم های کوچک شدن و پیاده سازی روش های مناسب جبران امکان تولید قطعات دقیق ابعاد بدون حفره و نقص های سطحی را فراهم می کنددر حالی که برای آلیاژ های مختلف محدودیت های کوچک شدن عمومی وجود دارد، هندسه قطعات اغلب نیاز به راه حل های سفارشی با تخصص فنی و تجربه عملی دارد.