در این وب سایت مهندسی به بيش از 30 نوع صنعت برجسته و مهم اشاره شده است که هر یک از آنها دارای گستردگی و زیرمجموعه هایی می باشند. قصد تیم این شبکه بر این است که واژه های مهندسی را تعریف و در خصوص کاربرد آنها اطلاع رسانی نماید. به یقین دانستن هر چه بیشتر در باره این صنایع در انتخاب یا جایگزینی تجهیزات، مواد و دستگاهها موجب تقویت دیدگاه صنعتی، ارتقای کیفیت محصول، افزایش کارایی و کاهش هزینه های فعالیت شما خواهد شد. چنانچه مباحث، تجربیات شخصی، و یا ابداعات تئوریک فنی مهندسی را در اختیار دارید می توانید برای انتشار آن با تیم ما همکاری نمایید. چنانچه قصد برداشت از این مطالب را دارید منبع آن را نیز ذکر نمایید...موفق باشید...
در اینجا با این اصطلاحات علمی و مهندسی آشنا می شوید. برای کامل شدن آنها با ما همکاری نمایید:
ریخته گری
قالب سازی
ریخته گری دوغابی
نزدیک 150 سال است که تکنیک شکل دهی قطعات سرامیکی از طریق ریختن دوغاب در یک قالب متخلخل انجام میشود. در ابتدا هنوز نقش روان کنندگی املاح سدیم مشخص نشده بود و لذا دوغابهایی که مورد استفاده قرار می گرفتند نزدیک 40 تا 60 درصد آب داشتند. در اوایل قرن نوزدهم استفاده از کربنات سدیم به منظور ساخت دوغابی با حداقل آب مورد توجه قرارگرفت.با کاهش میزان آب در دوغاب ریخته گری:معایبی از قبیل انقباض زیاد قطعات:ترکهای ناشی از فرایند خشک شدن و زمان زیاد برای تولید قطعه از بین خواهد رفت. ریخته گری دوغابی اساسا" به دو روش انجام میشود:
1- ریخته گری باز: در این روش (رایج ترین روش ریخته گری) سوسپانسیون غلیظ به خوبی روان شده و داخل یک قالب گچی ریخته شده و شکل مورد نظر را به خود میگیرد.به دلیل جذب آب قالب گچی یک لایه تقریبا" متراکم از دوغاب مورد نظرتشکیل شده و مابقی دوغاب اضافی از قالب خارج میگردد و قطعه خام به دلیل انقباض جزیی که در آن به وجود می آید از قالب خارج میشود.
2- ریخته گری بسته: در این روش دوغاب آنقدر در داخل قالب گچی میماند تا تمام قسمت های داخلی آن اصطلاحا" می بندد و قطعه ای توپر به وجود می آید.
عمده ترین امتیاز روش ریخته گری دوغابی نسبت به سایر روش های دیگر امکان شکل دهی قطعات بزرگ و پیچیده است در حالیکه شکل دهی چنین قطعاتی با روش های دیگر تولید تقریبا" غیر ممکن است.
اما معایب روش ریخته گری مجموعا" بیشتر از مزایای آن است. از جمله معایب آن می توان به زمان زیاد برای تولید، کیفیت کم در قطعه تولید شده، تلرانس ابعادی زیاد در قطعه تولید شده و ... را نام برد.
در گام اول از توضیحات بالا می توان فهمید که عوامل مختلفی در شکل گیری لایه ریخته گری شده نقش دارند.عواملی مانند؛ دانسیته دوغاب، میزان آب موجود در دوغاب، میزان تخلخل در قالب گچی، زمان، فشار سیستم، آنالیز بدنه، دانه بندی دوغاب و ... ؛ حتی عوامل جزیی دیگری نظیر دمای سیستم، میزان رطوبت در قالب گچی، توزیع تخلخل در قالب گچی و... نیز در ضخامت لایه ریخته گری شده موثر هستند.
برای تشریح شکل گیری یک دوغاب سرامیکی ابتدا باید به تعامل بین ذرات رسی و آب اشاره کرد. به عبارت دیگر ابتدا باید سیستم رس- آب مورد بررسی قرار گیرد. ذرات رسی به هنگام معلق شدن در آب ممکن است دو رفتار کاملا" متمایز از خود نشان دهند. با توجه به بار الکترواستاتیکی سطح شان رس ها یا جذب یکدیگر شده و یا یکدیگر را دفع میکنند. به بیان واضح تر ذرات رس در محیط اسیدی یکدیگر را به صورت لبه به سطح جذب کرده که اصطلاحا" حالت فلکولاسیون در دوغاب به وجود می آید. یا اینکه در محیط قلیایی به صورت سطح به سطح یکدیگر را دفع میکنند و اصطلاحا"حالت دفلکولاسیون به وجود می آورند. در حالت فلکوله جاذبه لبه به سطح در ذرات باعث بالا رفتن ویسکوزیته دوغاب میشود و در حالت دفلکوله دافعه سطح به سطح ذرات باعث کاهش ویسکوزیته و روانی دوغاب رسی می شود.
تئوری لایه مضاعف و پتانسیل زتا
طبق این تئوری سطح رس از دو لایه بار دار تشکیل شده است.لایه داخلی دارای بار منفی بوده لایه خارجی بار مثبت دارد. بارهای منفی لایه داخلی همان بارهای خنثی نشده سطح رس هستند. بارهای مثبت لایه خارجی ناشی از کاتیون هایی است که سطح رس جذب می کند. در حالت معلق شدن ذرات رسی در آب: ملکول های قطبی آب نیز توسط لایه داخلی جذب می شوند. باید توجه داشت که ملکول های قطبی آب به صورت منظم جذب سطح رس می شوند یعنی سر مثبت آنها در طرف لایه داخلی بوده و سر منفی آنها به سمت خارج است.
در فاصله X از سطح رس، میزان بار منفی سطح، توسط بارهای مثبت خنثی می شود.میزان بار الکتریکی در مرز X با عنوان جنبش الکتریکی یا همان پتانسیل زتا معرفی می شود. میزان پتانسیل زتا عملا" مشخص کننده روانی یا انعقاد دوغاب است. روانی یا انعقاد دوغاب نیز تاثیر مستقیم بر ضخامت لایه ریخته گری شده دارد. در همین جا اهمیت میزان آب موجود در دوغاب و دانسیته دوغاب در ضخامت لایه ریخته گری شده مشخص می شود.
قالب گچی
قالب گچی به عنوان یکی از عوامل مهم درضخامت لایه ریخته گری شده می باشد. میزان تخلخل قالب گچی، توزیع این تخلخل، قطر تخلخل های موجود و حتی میزان رطوبت قالب گچی تاثیر مهمی در ضخامت لایه ریخته گری شده دارند.
در شکل زیر رابطه بین سرعت ریخته گری (نسبت ضخامت لایه ریخته گری شده به زمان) و نسبت میزان آب به گچ(میزان تخلخل قالب گچی) دیده می شود.می توان دید که در نسبت های حدود 80% درصد، بهترین سرعت ریخته گری حاصل می شود.علت افت شدید سرعت ریخته گری در تخلخل های بالاتر مربوط به پیوستن تخلخل ها به هم و بزرگ شدن قطر آنها می شود. با بزرگ شدن قطر تخلخل ها پدیده اسمز و جذب آب قالب گچی کاهش می یابد. میزان رطوبت قالب گچی به عنوان لایه مقاومت کننده ای در مقابل جذب آب مطرح است.همچنین باید به میزان مقاومت خود ضخامت X نیز در مقابل جذب آب توجه شود.
مکانیزم های ریخته گری دوغابی
در ریخته گری دوغابی نیروی فشاری پیش برنده فرآیند مجموع میزان فشار کاپیلاری هایی که بخاطر فشار مکش قالب و یا هر گونه فشار اضافی که به سیستم وارد میشود و یا خلاء که به قالب اعمال می شود می باشد. اندازه فشار کاپیلاریها از طریق اندازه گیری میزان اندازه تخلخلهای داخل قالب، میزان نیروی کششی سطح مایع پخش شده و زاویه تماس با تخلخلهای جداره می باشد. گزارش شده است که قالبهای گچ پاریس فشار مکش آن در حدود 0.1-0.2 Mpa است. در عین حال، مقاومتی بخاطر حرکت مایع جذب شده در طول ساختمان تخلخل در حین تشکیل جداره ریخته گری ایجاد می شود. شکل زیر بطور شماتیک نشان دهنده این موقعیتها است.
Lm میزان عمق ترشده قالب، Lc هم متناسب با میزان مایعی است که توسط قالب جذب شده است و هم میزان سینتیک پرابولیک ایجاد شده می باشد. بنابراین محاسبه اینکه مقدار تخلخل قالب نزدیک لایه ریخته گری شده بطور اشباع از مایع پر شده است برابر خواهدبود. بطوریکه PT-Pl افت فشار در حین انجام فرآیند و Pl-P0 افت فشار در قسمت تر شده قالب گچی است ، و Xm مقاومت مخصوص تخلخلهای قالب ε0 می باشد. مقدار فشار مکش قالب برابر با PT-P0 است. بنابراین خواهیم داشت. از طرف دیگری در بعضی از منابع آمده است که :فشار در مرز قالب گچی تقریبا برابر با فشار مکش تخلخل، P، است و تقریبا برابر است با مقدار فشار از رابطه ، است و تقریبا برابر است با مقدار فشار از رابطه Laplac که : P=Sσcosγ
که در آن S طرح ویژه گچ، σ کشش سطحی آب و γ زاویه تماس است. ( cosγ=1 چراکه گچ کاملا با آب تر می شود) بنابراین فشار مکش آن آب در کاپیلار گچ بین 0.03 – 0.1 Mpa متغییر می باشد. ریخته گری دوغابی بیشتر در تولید لایه های نازک در حدود 15mm مورد استفاده می شود چرا که سرعت ریخته گری بطور تحمیل شوندهای تابع مقاومت هیدرولیک می باشد. تاثیر پرامترهای فرایند ریخته گری دوغابی بروی سرعت ریخته گری از طریق یک مدل فیلتراسیون سینتیکی که بر پایه شکل شماتیک زیر می باشد مشخص شد. مدل پیش بینی می کند که سرعت افزایش ضخامت با گذشت زمان برابر خواهد بود بود که در آن :
mc ξ ضخامت لایه ریخته گری، t زمان ، P فشار نهایی موثر در فیلتراسیون و sξ چگونگی فصل مشترک سوسپانسیون-هوا در زمان فیلتراسیون ξm چگونگی فصل مشترک کیک- هوا در قالب گچی و η ویسکوزیته سوسپانسیون، c کسر حجمی ذرات جامد سوسپانسیون و n فاکتور توازن جرمی است. تحقیقاتی نیز از طریق شبکه هوش مصنوعی بروی عوامل موثر یر زمان ریخته گری شده است که بطور خلاصه در نمودار زیر خلاصه می شود.
قالب سازي
از آنجا که قالب سازی علمی است کاربردی و دارای ظرافت ها و پیچیدگی های بسیار، باید برای پیشبرد اهداف صنعتی توجه خاصی به آن داشت. اما متاسفانه در کشور ما این علم را در اکثر موارد فقط یک فن و هنر می دانند و به همین خاطر بسیاری از متخصصان و مهندسان ما هیچ اهتمامی نسبت به فراگیری و پیشبرد آن، بالعکس دیگر علوم ندارند. در اینجا سعی شده تا بیشتر حول قالب های دائم بحث شود. زیرا یکی از پایه های تولیدات صنعتی محسوب می شوند. در این قسمت بطور مختصر نام چند نوع قالب دائم را خواهید دید. هر کدام از این قالب ها دارای زیر شاخه های فراوانی می باشند
1- قالب های برش فلزی
2- قالب های خم فلزی
3- قالب های کشش فلزی
4- قالب های پلاستیک
5- قالب های نورد
6- قالب های باکالیت
7- قالب های دایکاست
8- قالب های فورج
9- قالب های اکستروژن
قالبهاي دايكاست
قالب دايكاست عبارت است يك قالب دائمي فلز ي بر روي يك ماشين ريخته گري تحت فشار كه براي توليد قطعات ريختگي تحت فشار بكار مي رود. هدايت كردن فلز مذاب به درون حفره قالب توسط كانالهايي انجام مي گيرد كه به آن سيستم مدخل تزريق – راهگاه - گلويي گفته مي شود.
ساختمان قالب
در زير جنبه هاي مهم طراحي قالب را مورد برسي قرار مي دهيم:
تقسيم قالب
همانطور كه ذكر شدهر قالب دايكاست بصورت دو تكه است يعني قالب ازيك نيمه ثابت(طرف تزريق)ويك متحرك (طرف بيرون انداز)تشكيل شده است. نيمه ثابت قالب (نيمه تزريق قالب) به كفشك ثابت ماشين ريخته گري تحت فشار مونتاژ مي شود. در حالي كه نيمه متحرك قالب (نيمه بيرون انداز قالب) به كفشك متحرك محكم مي شود هر دو نيمه قالب در حالت آماده تزريق بسته هستند و با نيروي بسته نگهدارنده اي كه از طرف ماشين ايجاد مي گردد،در حالت بسته نگه داشته مي شوند. سطح تماس هر دو نيمه قالب ، سطح جدايش قالب ناميده مي شود. براي اجتناب از نفوذ فلز مذاب به خارج بايستي سطح قالب كاملاً آب بندي و از اين جهت به صورت سطح سنگ زني شده و يا هم سطح شده باشد. دقت انطباق صفحات قالب كه روي هم قرار مي گيرند اهميت زيادي دارند .بهتر است كه لبة خارجي در هر دو صفحه قالب حدواً 1 mm تا 2 mm تحت زاويه 45 پخ زده شوند. به اين ترتيب از خرابي لبه ها توسط ضربه يا برخورد كه منجر به تغيير شكل لبه ها مي گردد و مي توانند دقت انطباق را بر هم بزنند اجتناب مي شود.
ساختمان عمومی قالبهای تزریق
قالب تزريق شامل مجموعه اي از قطعاتي است كه " محفظه" را تشكيل مي دهند، مواد پلاستيك به داخل اين محفظه تزريق شده و سرد مي شوند. در محفظه قطعه تزريقي شكل مي گيرد. بنابراين محفظه به بخشي از فضاي قالب گفته مي شود كه به شكل قطعه تزريقي است و قطعه در آن شكل مي گيرد. محفظه با دو عضو قالب شكل مي گيرد:
الف- حفره: قسمت مادگي قالب است و شكل بيروني قطعه را به وجود آورد.
ب- ماهيچه: قسمت نر قالب است و شكل داخلي قطعه را به وجود مي آورد.
صفحات حفره اي و ماهيچه اي
اين صفحات در شكل (2-1) براي يك ظرف شش گوش ساده نشان داده شده است. در اين مورد قالب شامل دو صفحه است .در داخل يك صفحه حفره ايجاد شده كه شكل آن مانند شكل بيروني قطعه است. بنابراين، اين صفحه را صفحه حفره مي نامند. به صورت مشابه ماهيچه داراي شكل بر آمده از صفحه ماهيچه است و شكل آن مانند شكل داخلي قطعه تزريقي است. زماني كه قالب بسته شود، بين حفره و ماهيچه فضايي به شكل قطعه تزريقي به وجود مي آيد كه آن را محفظه مي نامند.
بوش تزریق
در هنگام تزريق مواد پلاستيك به صورت خمير از نازل ماشين خارج شده و از طريق يك مسير به محفظه قالب وارد مي شود.ساده ترين نوع اين مسير يك سوراخ مخروطي شكل در داخل يك بوش است كه در شكل(2-2) نشان داده شده است. مواد موجوددر اين مسير را اسپرو و بوش را بوش تزريق گويند.
سيستم راهگاه و ورودي
مواد پلاستيك مستقيما از طريق بوش تزريق (شكل2-2) وارد محفظه شده و در قالب هايي كه داراي چند محفظه هستند (قالب هي چند محفظه اي)قبل از ورود مواد به محفظه، مي بايد اين مواد از راهگاه و ورودي نيز عبور كنند(شكل2-3).
حلقه تنظيم
براي اينكه مواد پلاستيك بدون هيچ مانعي وارد قالب شوند،نازل ماشين و بوش تزريق مي بايد هم راستا باشند.براي اطمينان از اين موضوع بايد قالب در مركز صفحه ماشين نصب شود.اين هم مركزي با استفاده از حلقه تنظيم امكان پذير است.
ميله ها و بوش هاي راهنما
در قالب گيري قطعه اي كه ضخامت ديواره ها در آن مهم است و براي اطمينان از منطبق بودن حفره و ماهيچه كه امري الزامي است با بكاربردن ميله ها و بوشهاي راهنما در دو لنگه قالب ،هنگام بستن قالب عمل انطباق به صورت رضايتبخشي انجام مي شود.
شكل(2-4) يك نمونه را كه در آن ميله هاي راهنما در سمت ماهيچه و بوش هاي راهنما در سمت حفره نصب شده ،نشان مي دهد.ابعاد ميله راهنما بايد به اندازه اي باشد كه انطباق دو نيمه با توجه به نيروهاي اعما ل شده به قالب امكان پذير باشند. در شكل زیر همه قطعات پايه تشكيل دهنده يك قالب در يك برش مقطع از نقشه مونتاژ نشان داده شده است.
نيمه ثابت و نيمه متحرك
در شكل (2-4) مشاهده مي شود كه قطعات مختلف قالب در يكي از دو نيمه قالب جا مي گيرند.نيمه اي كه به صفحه ثابت ماشين بسته مي شود (به صورت خط و نقطه نشان داده شده است) نيمه ثابت قالب ناميده مي شود.نيمه ديگر قالب كه به صفحه متحرك ماشين بسته مي شود به صورت مختصر نيمه متحرك قالب ناميده مي شود. اكنون بايستي تصميم گرفت كه حفره و ماهيچه را در كدام نيمه قالب نصب كرد.عموما به دليلي كه در زير بيان مي شود ماهيچه روي نيمه متحرك قالب نصب مي شود: در زمان سرد شدن قالب قطعه تزريقي منقبض شده و در هنگام باز شدن قالب روي ماهيچه مي چسبد.خواه ماهيچه روي نيمه ثابت و خواه روي نيمه متحرك قالب نصب شده باشد،اين انقباض اتفاق مي افتد.به دليل انقباض در قطعه تزريقي عموما بايستي از يك سيستم پران استفاده كرد. اگر ماهيچه در سمت متحرك قالب نصب شود امكان تحريك سيستم پران ساده تر است. در قالب تك محفظه اي شكل(2-4) حفره در نيمه ثابت و ماهيچه در نيمه متحرك قالب نصب شده است.