نیروی گریز از مرکز چیست؟
به نیرویی که به سمت بیرون، بر یک جسم در حال دوران وارد می شود، نیروی گریز از مرکز یا مرکز گریزی (Centrifugal Force) گفته می شود. منشاء این نیرو همین حرکت دورانی است. همه ما این کمیت را وقتی که شیئی در مسیری منحنی یا پیچ دار حرکت می کند، دیده ایم.جالب است بدانید دلیل چرخش سیارات به دور خورشید، بدون آن که روی خورشید سقوط کنند، برابر بودن نیروی گریز از مرکز با نیروی گرانش خورشید است.البته فیزیک دانان معتقدند نیرویی حقیقی به نام نیروی گریز از مرکز، وجود حقیقی ندارد!بلکه علت گریز جسم از مرکز در حرکت دورانی، اینرسی (Inertia) خود جسم است. مانند زمانی که در لحظه حرکت ناگهانی خودرو به جلو، ابتدا به عقب پرتاب می شویم.
ریخته گری گریز از مرکز چیست؟
فرایند ریخته گری گریز از مرکز به روشی گفته می شود که در آن قالب تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز پر می شود. به دلیل وجود چرخش در این روش، به آن ریخته گری سانتریفیوژ (Centrifugal Casting) هم می گویند.در اکثر روش های ریخته گری، قطعه در حال شکل گیری در قالبی ثابت منجمد می شود. اما در ریخته گری سانتریفیوژ از یک قالب چرخنده برای شکل دهی قطعه نهایی استفاده می شود.
اکثر پروفیل های لوله ای شکل که به این روش تولید می شوند، دارای مقاطعی دایروی هستند. اما در مواردی دیده شده که از این روش برای تولید پروفیل های شش گوش و متقارن نیز استفاده شده است.در دهه اخیر، استفاده ریخته گری گریز از مرکز با اعمال خلاء بهبود زیادی یافته است. اعمال خلاء برای جلوگیری از اکسیداسیون (Oxidation) و آلودگی مذاب و برای کمک به پر شدن سریع تر قالب انجام می گیرد.
تاریخچه ریخته گری گریز از مرکز
طرح استفاده از نیروی گریز از مرکز برای ریخته گری در سال 1809 میلادی، توسط فردی انگلیسی به نام «آنتونی ایچارد» ارائه شد. اما اولین استفاده صنعتی از آن در سال 1848 میلادی در بالتیمور به منظور تولید لوله چدنی انجام گرفت.همگام با پیشرفت چشمگیر علم و صنعت از سال 1890 میلادی، پیشرفت هایی در روش ریخته گری گریز از مرکز هم شکل گرفت که در سال های 1912 تا 1918 میلادی، منجر به ساخت ماشین «د لاوود» برزیلی گردید. این ماشین در ادامه به شکل دستگاه ریخته گری امروزی در آمد.
اصول روش ریخته گری گریز از مرکز
در آغاز فرایند، فلز مذاب به درون قالب چرخنده (دوار) ریخته می شود. از آنجایی که قالب در حال چرخش است، نیروی گریز از مرکز به فلز مذاب وارد می شود. بنابراین مذاب به سمت بیرونی قالب متمایل می شود و به دیواره ها هجوم می برد.از این لحظه فرایند انجماد و جوانه زنی کریستال های جامد از دیوارهٔ قالب شروع می شود. در واقع نیروی گریز از مرکز با راندن مذاب به سمت دیواره قالب، سبب شکل دهی فلز به صورت حلقوی می شود. لازم به ذکر است که در ریخته گری گریز از مرکز، از هیچ گونه ماهیچه داخلی برای شکل دهی به مذاب استفاده نمی شود.
همچنین برای این روش ریخته گری هیچ نیازی به سیستم راهگاهی هم نیست. ضخامت نهایی دیواره تولیدی، تابعی از حجم مذاب اولیهٔ ورودی است. در این روش ریخته گری به دلیل عمل چرخش و اختلاف چگالی بین ناخالصی ها و مذاب فلز اصلی مورد نظر، ناخالصی ها معمولا روی سطح لوله جمع می شوند و به سادگی با عملیات ماشین کاری (Machining) قابل حذف هستند.
ریخته گری لوله های ضخامت بالا
در فرایند ریخته گری گریز از مرکز برای تولید لوله هایی با ضخامت بالا، لازم است فرایند انجماد از هر دو سو انجام گیرد. یعنی هم از سمت درون لوله به بیرون آن و هم از سمت بیرون به سمت درون. در این حالت احتمال به وجود آمدن مُک افزایش می یابد. بنابراین لازم است سطح قالب پیش گرم شود، تا انجماد از سمت درونی به بیرونی قطعه نیز انجام گیرد.
ابعاد قطعات تولیدی و تلورانس
محدودهٔ ضخامت برای ریخته گری گریز از مرکز به طور معمول، بین 2٫5 میلی متر تا 12.5 سانتی متر است که معادل است با محدودهٔ 0٫1 تا 5 اینچ. قطر لوله های تولیدی با این روش نیز معمولاً بین 3 تا 15 متر است (معادل با 10 تا 50 فوت).میزان تلورانس برای قطر داخلی و خارجی قطعات تولیدی با این روش متفاوت است. تلورانس برای قطر خارجی در حدود 2٫5 میلیمتر (معادل 0٫1اینچ) و برای قطر داخلی در حدود 4 میلی متر (معادل 0٫15 اینچ) است. البته با توجه به ریزه کاری های طراحی، این ابعاد و تلورانس مذکور ممکن است دستخوش تغییر قرار گیرند.
مواد معمول برای ریخته گری
تمام فلزاتی که قابلیت ریختگی داشته باشند را با این روش می توان ریخته گری کرد. اما معمولا برای فلزاتی مانند انواع چدن، انواع فولاد (مخصوصا فولاد ضد زنگ)، انواع آلیاژهای آلومینیوم، مس، منیزیوم و نیکل کاربرد دارد.البته به غیر از فلزات، این روش برای انواع شیشه و بتن نیز قابل اجراست. به طور کلی هر ماده مهندسی که قابلیت ذوب داشته باشد، با این روش ریخته گری می شود.
سرعت بارریزی
سرعت بارریزی مذاب در ریخته گری گریز از مرکز باید بهینه باشد. یعنی لازم است اپراتور میزان حداقل سرعتی که منجر به تولید قطعات سالم می شود را با تجربه به دست آورد. اگر سرعت بارریزی از حالت بهینه کمتر باشد، باعث عیوبی مانند پر نشدن و سرد جوشی می شود و اگر بیشتر باشد زمان انجماد بیشتر می شود. زمان طولانی انجماد سبب ایجاد ترک های طولی (Longitudinal cracks) می شود.
دمای بارریزی
میزان دمای فوق ذوبی که برای ریخته گری گریز از مرکز انتخاب می شود، بستگی به شکل، ابعاد و جنس محصول دارد. افزایش حساب نشده فوق ذوب باعث کم شدن قدرت تبریدی قالب و افزایش زمان انجماد می شود.البته به دنبال آن پدیده جدایش (Segregation) و درشت دانه گی نیز ایجاد می شود. همچنین می تواند باعث ریزش مذاب در اثر سرد نشدن آن در سطح قالب و لغزش مذاب به دلیل منجمد نشدن مذاب در هنگام رسیدن به هم نیز بشود.
دمای قالب
بدیهی است که افزایش دمای قالب باعث انبساط حرارتی قالب می شود. این اثر انبساطی باعث افزایش فاصله هوایی و نیز بیشتر شدن زمان انجماد می شود. کاهش دمای قالب نیز باعث کاهش میزان انبساط شده و سبب اعمال نیروهای انقباضی به قطعه می شود. نیروهای انقباضی نیز عامل اصلی ایجاد ترک هستند. دمای بهینه قالب بین 150 تا 200 درجه سلسیوس است.
مزایای ریخته گری سانتریفیوژ
معایب ریخته گری سانتریفیوژ
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
