هنگام طراحی یک قالب ریخته‌گری، لازم است خواص ترمودینامیکی ریخته‌گری فلز، عمر مفید قالب، و الزامات کیفی شمش را با هم ترکیب کرد و بر پارامترهای فرآیند زیر تمرکز کرد:
یک. اندازه حفره و پارامترهای ساختاری
• حجم و اندازه حفره: لازم است با وزن (معمولاً صدها تا چند تن) و شکل (مانند مستطیل، ذوزنقه) شمش هدف مطابقت داشته باشد تا اطمینان حاصل شود که عمق و عرض حفره با حجم فلز مذاب مطابقت دارد تا از شکل‌گیری ناقص یا هدر رفتن شمش به دلیل انحراف ابعادی جلوگیری شود.
• شیب حفره (شیب پیش‌نویس): برای تسهیل بیرون کشیدن، دیواره جانبی حفره باید با شیب معینی (معمولاً 0.5°-2°) طراحی شود. شیب خیلی کم مستعد چسبیدن قالب است و شیب خیلی زیاد ممکن است بر دقت ابعادی شمش تأثیر بگذارد.
• پردازش فیله و لبه: انتهای و گوشه‌های حفره باید گرد (زاویه R) شوند تا تمرکز تنش کاهش یابد و از ترک خوردن قالب به دلیل شوک حرارتی جلوگیری شود. در عین حال، از انقباض یا سرد شدن در گوشه‌های شمش جلوگیری شود.
دو. پارامترهای حرارتی و خنک‌کننده
• طراحی ضخامت دیواره: ضخامت دیواره قالب باید بر اساس نقطه ذوب فلز ریخته‌گری (مانند آلومینیوم حدود 660 درجه سانتی‌گراد، مس حدود 1083 درجه سانتی‌گراد) و ظرفیت حرارتی محاسبه شود تا اطمینان حاصل شود که می‌تواند در برابر شوک حرارتی فلز مذاب با دمای بالا مقاومت کند و سرعت اتلاف حرارت را از طریق ضخامت دیواره مناسب کنترل کند (خیلی ضخیم خیلی کند خنک می‌شود، خیلی نازک به راحتی تغییر شکل می‌دهد).
• چیدمان سیستم خنک‌کننده: اگر از خنک‌کننده اجباری (مانند خنک‌کننده آبی) استفاده می‌شود، موقعیت، قطر و فاصله کانال خنک‌کننده باید طراحی شود. کانال باید از ناحیه تمرکز تنش حفره اجتناب کند و فاصله مناسبی از سطح حفره (معمولاً ≥50 میلی‌متر) داشته باشد تا از خنک شدن یکنواخت شمش اطمینان حاصل شود و عیوبی مانند حفره‌های انقباضی و ترک‌ها کاهش یابد.
• جبران انبساط حرارتی: با توجه به میزان انقباض انجماد فلز مذاب (مانند میزان انقباض آلومینیوم حدود 1.3٪-2٪) و ضریب انبساط حرارتی خود قالب، در طراحی اندازه حفره جبران در نظر بگیرید تا از انحراف اندازه شمش یا قفل شدن قالب جلوگیری شود.
سه. جریان فلز مایع و پارامترهای پر کردن
• طراحی دروازه و دونده: موقعیت دروازه باید از برخورد مستقیم فلز مایع به انتهای حفره جلوگیری کند (برای جلوگیری از پاشش و اکسیداسیون) و سطح مقطع دونده باید با سرعت جریان فلز مایع مطابقت داشته باشد تا از سرعت پر شدن یکنواخت اطمینان حاصل شود (به طور کلی در 0.5-1.5 متر بر ثانیه کنترل می‌شود) و غلتک‌های سرباره و منافذ را کاهش دهد.
• ساختار تهویه: شیارهای تهویه (عرض 0.1-0.3 میلی‌متر، عمق 0.5-1 میلی‌متر) را در بالای یا گوشه حفره طراحی کنید تا از محصور شدن هوا و منافذ هنگام پر شدن فلز مایع جلوگیری شود و از پر شدن ناقص به دلیل فشار برگشتی گاز جلوگیری شود.
چهار. پارامترهای عملکرد مکانیکی
• استحکام و سفتی قالب: با توجه به وزن شمش (مانند 500 کیلوگرم تا 5 تن) و فشار استاتیکی فلز مذاب (فرمول محاسبه: فشار = چگالی فلز مذاب × ارتفاع × شتاب گرانش)، ماده مناسب (مانند فولاد ریخته‌گری، چدن داکتیل) را انتخاب کنید و ساختار دنده تقویت‌کننده را طراحی کنید تا از تغییر شکل یا ترک خوردن قالب جلوگیری شود.
• تطبیق مکانیسم رهاسازی قالب: اگر از رهاسازی مکانیکی یا هیدرولیکی قالب استفاده می‌شود، لازم است فضای نصب دستگاه رهاسازی قالب (مانند سوراخ اجکتور، موقعیت سیلندر هیدرولیک) را در نظر بگیرید تا اطمینان حاصل شود که نیروی رهاسازی قالب (معمولاً 1.5-2 برابر وزن شمش) به طور مساوی بر روی انتهای شمش عمل می‌کند تا از آسیب به شمش یا قالب جلوگیری شود.
پنج. پارامترهای مواد و عملیات سطحی
• مقاومت در برابر خستگی حرارتی مواد: برای فرآیند چرخه‌ای گرمایش مکرر (مانند مایع آلومینیوم 660 درجه سانتی‌گراد) و خنک‌سازی فلز مذاب، موادی با هدایت حرارتی متوسط (مانند هدایت حرارتی فولاد ریخته‌گری حدود 40-50 وات بر (متر·کلوین)) و مقاومت در برابر خستگی حرارتی بالا را انتخاب کنید تا ترک خوردگی حرارتی کاهش یابد.
• فرآیند عملیات سطحی: مقاومت در برابر سایش سطح و عملکرد ضد چسبندگی آلومینیوم را از طریق نیتریدینگ (سختی تا 50-60HRC)، شات پینینگ یا پوشش (مانند پوشش سرامیکی) بهبود بخشید، مقاومت در برابر قالب‌گیری را کاهش دهید و فرسایش و سایش سطح قالب توسط فلز مذاب را کاهش دهید.
این پارامترها باید در ترکیب با ویژگی‌های فلزات ریخته‌گری خاص (آلومینیوم، مس، روی و غیره)، راندمان تولید (مانند تعداد ریخته‌گری در ساعت) و استانداردهای کیفیت (مانند الزامات تشخیص عیوب داخلی برای شمش‌ها) به طور جامع بهینه شوند و در نهایت به هدف عمر طولانی قالب و کیفیت بالای شمش دست یابید.
ایمیل: cast@ebcastings.com
هنگام طراحی یک قالب ریخته‌گری، لازم است خواص ترمودینامیکی ریخته‌گری فلز، عمر مفید قالب، و الزامات کیفی شمش را با هم ترکیب کرد و بر پارامترهای فرآیند زیر تمرکز کرد:
یک. اندازه حفره و پارامترهای ساختاری
• حجم و اندازه حفره: لازم است با وزن (معمولاً صدها تا چند تن) و شکل (مانند مستطیل، ذوزنقه) شمش هدف مطابقت داشته باشد تا اطمینان حاصل شود که عمق و عرض حفره با حجم فلز مذاب مطابقت دارد تا از شکل‌گیری ناقص یا هدر رفتن شمش به دلیل انحراف ابعادی جلوگیری شود.
• شیب حفره (شیب پیش‌نویس): برای تسهیل بیرون کشیدن، دیواره جانبی حفره باید با شیب معینی (معمولاً 0.5°-2°) طراحی شود. شیب خیلی کم مستعد چسبیدن قالب است و شیب خیلی زیاد ممکن است بر دقت ابعادی شمش تأثیر بگذارد.
• پردازش فیله و لبه: انتهای و گوشه‌های حفره باید گرد (زاویه R) شوند تا تمرکز تنش کاهش یابد و از ترک خوردن قالب به دلیل شوک حرارتی جلوگیری شود. در عین حال، از انقباض یا سرد شدن در گوشه‌های شمش جلوگیری شود.
دو. پارامترهای حرارتی و خنک‌کننده
• طراحی ضخامت دیواره: ضخامت دیواره قالب باید بر اساس نقطه ذوب فلز ریخته‌گری (مانند آلومینیوم حدود 660 درجه سانتی‌گراد، مس حدود 1083 درجه سانتی‌گراد) و ظرفیت حرارتی محاسبه شود تا اطمینان حاصل شود که می‌تواند در برابر شوک حرارتی فلز مذاب با دمای بالا مقاومت کند و سرعت اتلاف حرارت را از طریق ضخامت دیواره مناسب کنترل کند (خیلی ضخیم خیلی کند خنک می‌شود، خیلی نازک به راحتی تغییر شکل می‌دهد).
• چیدمان سیستم خنک‌کننده: اگر از خنک‌کننده اجباری (مانند خنک‌کننده آبی) استفاده می‌شود، موقعیت، قطر و فاصله کانال خنک‌کننده باید طراحی شود. کانال باید از ناحیه تمرکز تنش حفره اجتناب کند و فاصله مناسبی از سطح حفره (معمولاً ≥50 میلی‌متر) داشته باشد تا از خنک شدن یکنواخت شمش اطمینان حاصل شود و عیوبی مانند حفره‌های انقباضی و ترک‌ها کاهش یابد.
• جبران انبساط حرارتی: با توجه به میزان انقباض انجماد فلز مذاب (مانند میزان انقباض آلومینیوم حدود 1.3٪-2٪) و ضریب انبساط حرارتی خود قالب، در طراحی اندازه حفره جبران در نظر بگیرید تا از انحراف اندازه شمش یا قفل شدن قالب جلوگیری شود.
سه. جریان فلز مایع و پارامترهای پر کردن
• طراحی دروازه و دونده: موقعیت دروازه باید از برخورد مستقیم فلز مایع به انتهای حفره جلوگیری کند (برای جلوگیری از پاشش و اکسیداسیون) و سطح مقطع دونده باید با سرعت جریان فلز مایع مطابقت داشته باشد تا از سرعت پر شدن یکنواخت اطمینان حاصل شود (به طور کلی در 0.5-1.5 متر بر ثانیه کنترل می‌شود) و غلتک‌های سرباره و منافذ را کاهش دهد.
• ساختار تهویه: شیارهای تهویه (عرض 0.1-0.3 میلی‌متر، عمق 0.5-1 میلی‌متر) را در بالای یا گوشه حفره طراحی کنید تا از محصور شدن هوا و منافذ هنگام پر شدن فلز مایع جلوگیری شود و از پر شدن ناقص به دلیل فشار برگشتی گاز جلوگیری شود.
چهار. پارامترهای عملکرد مکانیکی
• استحکام و سفتی قالب: با توجه به وزن شمش (مانند 500 کیلوگرم تا 5 تن) و فشار استاتیکی فلز مذاب (فرمول محاسبه: فشار = چگالی فلز مذاب × ارتفاع × شتاب گرانش)، ماده مناسب (مانند فولاد ریخته‌گری، چدن داکتیل) را انتخاب کنید و ساختار دنده تقویت‌کننده را طراحی کنید تا از تغییر شکل یا ترک خوردن قالب جلوگیری شود.
• تطبیق مکانیسم رهاسازی قالب: اگر از رهاسازی مکانیکی یا هیدرولیکی قالب استفاده می‌شود، لازم است فضای نصب دستگاه رهاسازی قالب (مانند سوراخ اجکتور، موقعیت سیلندر هیدرولیک) را در نظر بگیرید تا اطمینان حاصل شود که نیروی رهاسازی قالب (معمولاً 1.5-2 برابر وزن شمش) به طور مساوی بر روی انتهای شمش عمل می‌کند تا از آسیب به شمش یا قالب جلوگیری شود.
پنج. پارامترهای مواد و عملیات سطحی
• مقاومت در برابر خستگی حرارتی مواد: برای فرآیند چرخه‌ای گرمایش مکرر (مانند مایع آلومینیوم 660 درجه سانتی‌گراد) و خنک‌سازی فلز مذاب، موادی با هدایت حرارتی متوسط (مانند هدایت حرارتی فولاد ریخته‌گری حدود 40-50 وات بر (متر·کلوین)) و مقاومت در برابر خستگی حرارتی بالا را انتخاب کنید تا ترک خوردگی حرارتی کاهش یابد.
• فرآیند عملیات سطحی: مقاومت در برابر سایش سطح و عملکرد ضد چسبندگی آلومینیوم را از طریق نیتریدینگ (سختی تا 50-60HRC)، شات پینینگ یا پوشش (مانند پوشش سرامیکی) بهبود بخشید، مقاومت در برابر قالب‌گیری را کاهش دهید و فرسایش و سایش سطح قالب توسط فلز مذاب را کاهش دهید.
این پارامترها باید در ترکیب با ویژگی‌های فلزات ریخته‌گری خاص (آلومینیوم، مس، روی و غیره)، راندمان تولید (مانند تعداد ریخته‌گری در ساعت) و استانداردهای کیفیت (مانند الزامات تشخیص عیوب داخلی برای شمش‌ها) به طور جامع بهینه شوند و در نهایت به هدف عمر طولانی قالب و کیفیت بالای شمش دست یابید.
ایمیل: cast@ebcastings.com
