معرفة

يصف هذا البحث بإيجاز الخصائص الهيكلية والمتطلبات الفنية وصعوبات تصنيع مصبوبات الحديد المطاوع الثقيل. ويتناول بالتفصيل طرق الصب، وتصميم أنظمة البوابات، وأساليب تصنيع هذا النوع من المصبوبات. كما يُقدم خصائص عملية الصب في قوالب صلبة باستخدام رمل الراتنج، ومزايا الإنتاج، ونطاق تطبيقه. ومن خلال الرقابة الصارمة على العملية، واختيار المواد الخام المناسبة، وعمليات المعالجة الكروية والتلقيح المناسبة، وتقنيات المعالجة المسبقة الخاصة أثناء عملية الإنتاج، يمكن إنتاج مصبوبات حديد مطاوع كبيرة وعالية الجودة. ويمكن أن يوفر هذا مراجع فنية لعملية الصب في قوالب صلبة لمصبوبات ثقيلة مماثلة.

الكلمات المفتاحية: مصبوبات الحديد المطاوع الثقيل؛ صب القوالب الصلبة؛ عملية الصب

ستُسرّع تكنولوجيا الصب الحديثة من تطويرها وتحسينها في جوانب عديدة، مثل توفير الطاقة والمواد، والحد من التلوث، وتحسين دقة أبعاد الصب، وتقليل عيوب الصب، والتكيف مع تطوير سبائك الصب الجديدة [1]. تبلغ الطاقة الإنتاجية السنوية لشركتنا 20,000 طن من قطع الحديد الزهر (باستثناء أنابيب الحديد المطاوع الطرد المركزي). نواكب تطور صناعة الصب، وقد طورنا باستمرار عملية الصب (رمل راتنج الفوران + قالب صلب بنمط الرغوة) وعملية صب نمط الرغوة الفراغية، مستبدلين عملية الصب التقليدية (نمط خشبي + صندوق خشبي) وعملية تجميع اللب بقالب صلب بنمط الرغوة.

الجزء الحديد المطاوع (QT500-7) الذي قمنا به له وزن إجمالي قدره 18,350 كجم، مع حجم الجسم الرئيسي (الطول × العرض × الارتفاع) 3,650 مم × 1,480 مم × 1,230 مم، وسمك جدار الجسم الرئيسي 100 مم، والجزء الأكثر سمكًا يصل إلى 450 مم. شكل سطح التجميع غير منتظم وله متطلبات جودة صارمة. يوجد خمسة ثقوب عمياء بقطر 100 مم وعمق 170 مم، وستة ثقوب بقطر 70 مم وعمق 540 مم. كمية الطلب هي قطعتين، وصعوبة الصب الإجمالية عالية نسبيًا. يظهر هيكل الجزء في الشكل 1. تتمتع شركتنا بالقدرة الإنتاجية لعمليات صب القالب الصلب بنمط الرغوة المفرغة ورمل الراتنج ونمط الرغوة. بعد تحليل العملية وتقييمها، تقرر استخدام عملية صب القالب الصلب بنمط الرغوة ورمل الراتنج الفوران للإنتاج، ويشار إليها فيما يلي باسم صب القالب الصلب. ويمكن أن يضمن هذا وقت التسليم ويقلل تكاليف الإنتاج.

الشكل 1 مخطط هيكلي ثلاثي الأبعاد

-------------------------------------------------- ---------------         

1. خطة عملية الصب الصلبة

يختلف الصب الصلب اختلافًا كبيرًا عن الصب الرملي التقليدي. ومن أهم مميزاته استخدام نمط الرغوة بدلًا من النمط الخشبي. أثناء تصميم النمط، لا يحتاج الفنيون إلى مراعاة أرقام الفصل السالبة، ورؤوس اللب، وتحديد المواقع، وزوايا السحب لإزالة القالب. كل ما يحتاجونه هو إضافة بدلات التشغيل ومعدلات انكماش الصب. عملية صنع النمط بسيطة. أولًا، يُقسّم النمط إلى عدة قطع، ثم تُجمّع القطع معًا. يتميز النمط المُجمّع بدقة أبعاد عالية، ويستخدم مواد خام أقل في عملية صنع النمط، ودورة إنتاجه أقصر بكثير من النمط الخشبي. في الوقت نفسه، يُبسّط عملية القولبة، ويلغي الحاجة إلى القولبة المنفصلة، ​​وصنع اللب، وتجميع القالب واللب. تُحسّن كفاءة الإنتاج بشكل كبير. ومع ذلك، إذا لم تُراعَ عملية الصب جيدًا، فقد تُسبّب عيوبًا معينة في الصب الصلب مثل التجعد، وتراكم الخبث، والمسامية.

         

1.1 عملية صنع النمط

1.1.1 نمط الرغوة

نمط الرغوة مطابق تمامًا في الشكل والبنية للصب. بناءً على رسم القطعة، يُصنع نموذج ثلاثي الأبعاد للنمط بعد إضافة بدل التشغيل ومعدل انكماش الصب. يُقسّم النمط بعد ذلك إلى عدة وحدات لضمان سهولة قطع ألواح الرغوة وحفظها على العمال، ولتسهيل التجميع وضمان دقة أبعاد النمط المُجمّع. تُقطع ألواح الرغوة المستخدمة وتُشكّل باستخدام كل من النقش الرقمي والقطع الكهربائي بالأسلاك، ثم تُجمّع بالترابط لتشكيل النمط. لضمان قوة ضغط ومقاومة تشوه كافية للنمط، تُختار ألواح رغوة البوليسترين بكثافة تتراوح بين 20 و22 جم/لتر. يُوضع النمط المُجمّع في فرن تجفيف خاص لمدة 10-12 ساعة. تُضبط درجة حرارة التجفيف عادةً بين 45 و55 درجة مئوية. بعد التجفيف، يُطلى النمط بطبقتين من طلاء رغوة الحديد الزهر المفقود ذي الأساس المائي وطبقة واحدة من طلاء الجرافيت ذي الأساس الكحولي. طريقة الطلاء هي الغمس، ويتم التحكم في سمك الطلاء عند 3-3.5 ملم.

                 

1.1.2 قالب الرغوة المتخصص

الجزء الأوسط من القالب عبارة عن تجويف كبير. ونظرًا لكبر محيط القالب، ولضمان متانة كافية في هذا الجزء أثناء التشكيل، يُصنع قالب رغوي متخصص بنفس شكل التجويف. أثناء التشكيل، يعمل هذا القالب كدعامة سفلية لتعزيز صلابة القالب، مما يضمن عدم تشوهه أثناء عملية الدك. بعد صنع القالب، يُقلب الصندوق ويُزال قالب الرغوة. يمكن إعادة استخدام هذا القالب.

      

1.2 تصميم العملية

يتميز الصب بهيكل كبير وسميك وثقيل. وقد تم اعتماد نظام بوابات متدرجة مزدوج الطبقات، مفتوح القاع، من مجموعتين. زُوِّدت المناطق الحرجة بمكاوي تبريد خارجية لمنع مسامية الانكماش الداخلي. ويُراعى مبدأ التصلب المتوازن في تصميم العملية. صُممت الرافعات وفتحات التهوية لضمان التغذية وإزالة الخبث وتنفيس الغاز.

 

1.2.1 تصميم نظام البوابة

عند إنتاج مصبوبات الحديد المطاوع السميكة والكبيرة، من المفيد تقصير وقت الصب قدر الإمكان لتقليل تعويم الجرافيت وتراكم الشوائب [3]. من خلال تحليل شكل وبنية الصب الداخلية، يتم اعتماد نظام بوابة متدرج مفتوح من مجموعتين، مقسم إلى طبقات علوية وسفلية. يُستخدم نظام بوابة الطبقة السفلية بشكل أساسي للحشو، بينما يُستخدم نظام بوابة الطبقة العليا بشكل أساسي لإزالة الخبث وتنفيس الغاز والتغذية. يتم توزيع نظامي البوابة على جانبي نمط الرغوة. يتم إدخال نظام بوابة الطبقة العليا في الجزء السفلي من الناهض العلوي، مما يساعد على تنفيس الغاز ويسمح للخبث العائم في الحديد المنصهر والخبث الناتج عن تغويز البلاستيك الرغوي بالطفو بالكامل، مما يضمن تأثير تغذية الناهض والقضاء على عيوب إدراج الخبث السطحي للصب.

هذا الصب عبارة عن جزء من الحديد الزهر الثقيل، ويمكن حساب وقت الصب على أساس الصب الحديد الرمادي:

t = S2L (1)

في الصيغة، يمثل L الوزن الإجمالي للمعدن المنصهر في القالب، بمعدل إنتاج محسوب بنسبة 92%، ويُؤخذ L على أنه 19,945 كجم؛ ويمثل S2 معامل سمك الجدار، ويُؤخذ على أنه 2.2؛ وبالتالي، فإن وقت الصب t = 310 ثوانٍ، وبالنسبة لنظامي الصب، يُؤخذ وقت الصب على أنه 155 ثانية. يمكن تحديد وقت الصب لمسبوكات الحديد المطاوع من خلال طريقة حساب مسبوكات الحديد الرمادي، ثم تقليله بمقدار 1/3 إلى 1/2 [1]، مما يجعل وقت الصب t = 90 ثانية. ووفقًا لمخطط وقت الصب لمسبوكات الحديد المطاوع الكبيرة، تم التحقق من وقت الصب، ويمكن ملاحظة أن وقت الصب المحدد معقول.

وفقًا لصيغة حساب مساحة المقطع العرضي التي تمنع التدفق:

∑A_block = L / (0.31μPt) (2)

في الصيغة: يتم أخذ معامل التدفق μ على أنه 0.5، ويتم أخذ Hp على أنه 40 سم، وL = 19945/2 = 9972.5 كجم.

عندئذٍ، A_block = 9972.5 / (0.31 × 0.5 × 90) ≈ 113 سم². ونظرًا لأن الجزء المُقيّد للتدفق الأدنى لنظام البوابة المفتوحة هو المصب، فقد تم اختيار أنبوب سيراميكي بقطر Φ120 مم للمصب من خلال الحساب. وُضعت نسبة مساحة المقطع العرضي لكل مكون من مكونات نظام البوابة على النحو التالي: A_sprue : A_transverse : A_inlet = 1 : (1.2 - 2.0) : (1.5 - 2.0). وبالتالي، تم اختيار المقطع العرضي للقناة المستعرضة ليكون 150 مم × 120 مم؛ وتم اختيار المقطع العرضي للقناة الداخلة على شكل شبه منحرف بمجموعتين مفردتين، بحيث تكون القاعدة العلوية للشبه منحرف 110 مم، والقاعدة السفلية 140 مم، والارتفاع 80 مم. تبلغ نسبة مساحة المقطع العرضي الفعلية لنظام البوابة تقريبًا A_sprue : A_transverse : A_inlet ≈ 1 : 1.6 : 1.8. يظهر مخطط تصميم نظام البوابة في الشكل 2.

الشكل 2 مخطط تخطيطي لمخطط نظام الصبt

 

1.2.2 تصميم المبردات الخارجية

بالنسبة للمسبوكات ذات الجدران السميكة، تُستخدم مواد التبريد الخارجية في المناطق الحرجة والسميكة لمنع عيوب المسامية الناتجة عن الانكماش وتحقيق تصلب متوازن. أثناء الإنتاج، يجب التحكم بدقة في وتيرة استخدام مواد التبريد. يجب أن يكون سطح مواد التبريد أملسًا وخاليًا من الصدأ أو الثقوب [4]. قبل كل استخدام، يجب تفجيرها بالرمل وطلائها بطبقة من الطلاء الكحولي. يجب أن تتناسب بإحكام مع سطح المسبوكات دون أي فجوات.

1.2.3 تصميم الرافعات والتهوية

مبدأ التصميم: ضمان تعويض المساحات السميكة بفعالية عن الانكماش. ولأن المسبوكات سميكة وكبيرة الحجم، تُستخدم رافعات تعويضية لتعويض الانكماش للحصول على مصبوبات عالية الجودة [5]. تُوضع عشرة رافعات تعويضية بقطر 280 مم وارتفاع 400 مم على جانبي السطح العلوي للمصبوب. يمر المجرى الأفقي العلوي والمجرى الداخلي عبر الرافعات، مما يسمح بتجميع الحديد المنصهر الساخن في الرافعات، ويضمن طفو الخبث وتفريغه، مما يحقق التأثير المشترك للتعويض وإزالة الخبث والتهوية.

قنوات التهوية الداخلية لنمط الرغوة وقنوات التهوية الخارجية للقالب هما إجراءان لتحسين ظروف التغويز في النمط وتسريع خروج الغازات بالكامل من القالب. بالنسبة للصب السميك والكبير، بالإضافة إلى وضع رافعات على السطح العلوي للصب، يمكن تركيب قنوات تهوية خارجية متعددة داخل القالب وعلى طول الجزء الخارجي لنمط الرغوة. قبل إغلاق الصندوق العلوي، تُفتح قنوات التهوية داخل النمط في المناطق السميكة من أعلى الصب لضمان تفريغ الغازات المتحولة إلى غاز في تجويف القالب في الوقت المناسب خلال المرحلة الأولى من الصب.

2 التحكم في عملية الصب

يتم التحكم في إضافة الراتنج بنسبة تتراوح بين 0.9% و1.2%، مع مراعاة الحد الأقصى للصب والنوى الكبيرة. أولاً، يُثبّت قلب الرغوة الخاص على منصة التشكيل، ويُوضع نمط الرغوة عليه لتكوين القالب السفلي. بعد اكتمال المعالجة، يُقلب الصندوق ويُزال قلب الرغوة الخاص قبل تكوين القالب العلوي.

بالنسبة للثقوب العمياء والثقوب الطويلة في مقدمة القالب، تُدمج قضبان قلب مُصممة خصيصًا لتشكيل الثقوب مسبقًا في كل ثقب. تُصنع قضبان القلب المُشكلة للثقوب بوصل أنابيب سيراميكية بحجم مماثل للثقوب العمياء والثقوب الطويلة، ثم تملأ برمل الراتنج، وتُدخل قضبان فولاذية في المنتصف، وتُضغط، وتُغطى من الخارج بطبقة من الجرافيت الكحولي. بعد المعالجة الكاملة، تُوضع القضبان في كل ثقب من نمط البلاستيك الرغوي. لمنع انزياح الأنابيب الخزفية أثناء عملية تغويز النمط الصلب، تُدخل قضبان فولاذية ملولبة بقطر Φ16 مم في المنتصف لتثبيتها في قالب الرمل، ويُضاف هيكل على شكل حرف T إلى الطرف الخارجي للقلب الفولاذي الملولب لتثبيت قضبان القلب بإحكام مع رمل الراتنج في الخارج. بعد صنع القالب السفلي، يُقلب الصندوق، وتُستخدم قضبان فولاذية مستديرة بقطر Φ10 مم لثقب قنوات التهوية في المناطق السميكة من نمط الرغوة. يتم ضبط قنوات التهوية الخارجية المتعددة Φ30mm على بعد 40 مم من الجزء الخارجي لنمط الرغوة، وعمق قنوات التهوية هو في الأساس نفس ارتفاع نمط الرغوة.

        

3 معالجة الكريات والتلقيح

تُعد معالجة الكروية إحدى العمليات الرئيسية في إنتاج قطع الحديد المطاوع، وتؤثر تقنية معالجتها بشكل مباشر على أداء الحديد المطاوع [6]. وتُعتمد معالجة الكروية والتلقيح داخل الكيس، باستخدام عامل الكروية ZFCR-7 بجرعة 1.2%، ومُلقح YFY-150 بجرعة 0.6%. ويتحقق تأثير الكروية والتلقيح بزيادة جرعة المُلقح والتلقيحات المتعددة.

نظراً لثقل وزن المسبوكات، ولتلبية متطلبات مؤشرات الأداء المختلفة وتعزيز مقاومة الحديد المصهور للتحلل، وبناءً على خبرة العديد من المصنّعين، تُجرى معالجة مسبقة للحديد المصهور. أي، قبل المعالجة الكروية، تُضاف عوامل معالجة مسبقة إلى الحديد المصهور، وعادةً ما تكون 0.8% SiC، بهدف زيادة نوى التبلور وتحسين الجودة الداخلية وسيولة الحديد المصهور.  

4 التحكم في عملية الصب

يُعتمد الصب المتزامن بحزمتين. يتطلب الصب أثناء العملية معدل تدفق عالٍ وصبًا مستمرًا دون انقطاع. عادةً ما تكون درجة حرارة الصب لنمط الرغوة المفقودة أعلى من درجة حرارة قوالب الرمل العادية بما يتراوح بين 30 و50 درجة مئوية. أما بالنسبة للأجزاء السميكة والثقيلة نسبيًا، فتتراوح درجة حرارة الصب بين 1410 و1420 درجة مئوية. قبل عملية التكوير، تكون نسبة الحديد المنصهر 3.5% إلى 3.7% مئوية، و1.2% إلى 1.4% سيليكون، و0.5% منجنيز ≤ 0.06%، و0.04% فوسفور ≤ 0.5%، و3.4% كبريتيد، و3.6% نحاس. بعد التكوير، يُضبط التركيب ليكون من 2.3% إلى 2.5% كربون، ومن 0.5% إلى 0.06% سيليكون، ومنجنيز ≤ 0.012%، فوسفور ≤ 0.5%، كبريتيد ≤ 0.04%، 0.06% نحاس، ومن 0.08% إلى 0.1% مغنيسيوم متبقي. طوال عملية الصب، تتم التغذية أثناء العملية من خلال كوب الصب، مع ضبط معدل التغذية على XNUMX% إلى XNUMX%.

5 التبريد الطبيعي

بعد اكتمال عملية الصب، يُستغل العزل الحراري الممتاز وقابلية طي رمل الراتنج للسماح للصب بالتبريد ببطء وحرية داخل القالب، مما يحقق هدف تخفيف الضغط والتلدين أثناء الشيخوخة [7]. بناءً على الخبرة السابقة في عمليات الصب الكبيرة، يُزال نظام الختم بعد 8 ساعات من الصب، ويُزال حديد الضغط الصندوقي بعد 24 ساعة، ويُفتح القالب ويُزال الرمل بعد 96 ساعة، مع إزالة البوابة العلوية ونظام الرفع.

6 البنية الدقيقة وخصائص الصب

أُجريت اختبارات أداء على قضبان الاختبار. تظهر النتائج المعدنية لجسم الصب في الشكل. 3. ​​​​​​​

الشكل 3 المجهرية          

 

7 الخاتمة

من خلال إنتاج أول قطعة من مسبوكات الحديد المطاوع الثقيل، تم التحقق من فعالية وفعالية نظام البوابات والرافعة أثناء عملية الإنتاج. وجرى تحسين تصميم نظام البوابات، الذي يجمع بين التعبئة والعادم وإزالة الخبث والتغذية. وتم حل مشاكل احتواء الخبث السطحي، والتجعد، ومسامية الانكماش، التي قد تحدث أثناء عملية صب القالب. ونظرًا لسمك جدار المسبوكات، وطول فترة التصلب، ومتطلبات الأداء العالية، توجد صعوبات كبيرة في عملية الإنتاج. ومن خلال الرقابة الصارمة على العملية، واختيار المواد الخام المناسبة، وعمليات المعالجة الكروية والتلقيح المناسبة، وتقنيات المعالجة المسبقة الخاصة، أصبح من الممكن تمامًا إنتاج مصبوبات حديد مطاوع عالية الجودة وكبيرة الحجم.

 

تتمتع فيجور بخبرة تزيد عن 20 عامًا وفريق عمل محترف في عمليات الصب والتشكيل. إذا كان لدينا أي مساعدة أو لديكم منتجات تحتاجون إلى تطوير، فلا تترددوا في التواصل معنا على info@castings-forging.com