تبلیغات
آشنایی با رشته مکانیک - ● كـــاربرد انـــواع فـــــولادهای ریخته گری در ساخت قالب های بزرگ بدنه خودرو

آشنایی با رشته مکانیک
 

قالب های بزرگ پرس كاری قطعات خودرو كه از طریق ریخته گری ساخته می شوند ، در مقایسه با قالب های ساخته شده به روش آهنگری و فورج ، دارای مزایای متعددی از قبیل تنوع ابعادی ، حجم كم ماشین كاری و همگنی ریز ساختار آلیاژ می باشند. نكته مهم در استفاده از این آلیاژ ، طراحی و نحوه اجرای پروسه ریخته گری است. امروز برای كسب نیازمندی های متنوع شركت های قالب سازی بزرگ آلمان ، انواع فولادهای كم آلیاژ مخصوص نیز مورد استفاده قرار می گیرند .
قالب ها تأثیر بسیار مهمی در اقتصادی بودن فرآیندهای تغییر شكل فلزات دارند . بر این اساس طی سال های اخیر هزینه های ساخت قالب های بزرگ بیش از بیش مورد توجه قرار گرفته است . در این خصوص ، صرفاً در نظر داشتن هزینه های ساخت آن چنان دقیق نیست ، بلكه كسر تیراژ تولید ، قالب ، هزینه های قالب برای ما اهمیت خواهد داشت . در بخش هزینه های قالب می توان به دوام آن و تناوب اجرای تعمیرات باسازی اشاره كرد . با در نظر داشتن آن چه از قالب های فوق انتظار می رود می بایست بر همین پایه به یك ارزیابی دقیق از میزان تأثیر عوامل دخیل در هزینه های قالب دست یافت تا امكان مقایسه دستاوردهای هر عامل فراهم گردد. بدون شك هزینه مواد قالب نیز در قیمت تمام شده در نظر گرفته می شود . انتخاب این مواد و نحوه عملیات بر روی آن به میزان قابل توجهی بر كسری كه قبلاً از آن نام بردیم یعنی كسر تیراژ تولید ، هزینه قالب ، تأثیر خواهد داشت . از طریق ارزیابی دقیق و همه جانبه میزان تاثیر و اهمیت كلیه پارامترهای مؤثر می توان كارآیی یك قالب خاص را به میزان زیادی ارتقاء بخشید .
هزینه مواد اولیه در مقایسه با كل قیمت تمام شده قالب ، بسیار كمتر است . این هزینه علی رغم وجود برخی نظرهای مخالف در این خصوص ، همانند نوك كوه یخی می باشد كه از آب سر برآورده و در مقایسه با حجم زیر آب ، درصد بسیار كمی را نشان می دهد .
مقایسه آلیاژهای تولید شده به روش ریخته گری با فولادهای ابزاری آهنگری شده :
از سالها قبل فولادهای ابزاری ریخته گری در قالب های بزرگ صنعتی به شیوه موفقیت آمیزی مورد استفاده قرارگرفته است . در بسیاری از مواقع امكان ساخت چنین قالب هایی با این ابعاد ، از فولاد خشكه ابزاری كه قبلا عملیات فورج كاری روی آن انجام گرفته است ، وجود ندارد . علاوه بر این به كارگیری این نوع فولادها مسائل ماشین كاری خاص خود را دارد كه همین باعث افزایش هزینه می گردد . از سوی دیگر حجم ماشین كاری در این نوع فولادها به شكل اجتناب ناپذیری زیاد است و این امر باعث دورریز برخی مناطق مستعدتر در ریز ساختار آلیاژ حین ماشین كاری می شود .
فولادهای پر آلیاژی نظیر 1.2379 به دلیل وجود درصد كاربید بالا ، دارای شبكه كاربیدی كاملا بارزی می باشند . به ویژه در فولادهایی با ابعاد بزرگ هر چه به مغز مقطع نزدیك تر می شویم كاربیدها درشت تر و ابعاد شبكه كاربیدی بزرگتر می شود . دلیل این وضعیت هم عدم امكان وجود تغییر شكل های یكنواخت بر تمامی سطح مقطع فولاد می باشد . این حالت بدین معناست كه محدوده خارجی مقاطع فورج شده ، تغییر شكل های شدیدتری در مقایسه با ناحیه مركزی مقطع داشته اند . با استفاده از فولادهای آلیاژی ریخته گیری ، ناحیه كاری فولاد ، منحصر به جداره خارجی قالب ریخته گری خواهد بود . معمولاً در این نواحی از فولادهای پرآلیاژ ریخته گری ، شبكه نسبتاً ریزكاربیدی ناشی از سرعت انجماد بالا پس از ریخته گری تشكیل میشود . حتی در نواحی مركزی قطعات تولیدی به روش ریخته گری در مقایسه با مقاطع فورج شده دارای شبكه نسبتاً ریزتری می باشند و در كل امروزه روش های ریخته گری ساختار همگن تری به دست می دهد .
تكنیك های ریخته گری :
فولادهای آلیاژی مخصوص قالب ، معمولاً از طریق مدل های فرمی ساخته می شوند . طراحی ریخته گری این قطعات با توجه به فرم هندسی قطعه و از نقطه نظر اجرای عملیات ریخته گری انجام می پذیرد . در ریخته گری قطعات فولاد آلیاژی ، این مرحله تا حدی مشكل ساز می باشد . در حالی كه انقباض چدن نشكن حدود 2% می باشد ، در نواحی مركزی قطعه فولاد آلیاژی حدود 12% انقباض حجمی رخ می دهد . برای آن كه در نقاط كاری قالب تغذیه كافی صورت گیرد ، آماده سازی قبلی مدل ریخته گری ، با در نظر داشتن ویژگی های انجماد قطعه ضروری است . این آماده سازی باید به نحوی انجام شود كه نواحی كاری قالب در قسمت تحتانی قالب ماسه ای قرار گیرد تا حجم انقباض به سمت بالا و به داخل تغذیه هایی كه در بخش فوقانی مدل قرار داده شده است هدایت شود .
دیواره های تقویتی در برخی از نقاط ضخیم تر در نظر گرفته می شوند تا سطح مقطع راه گاه افزایش یابد . اولین ناحیه ای كه از طریق این تغییرات منجمد می شود ، سطح روی قالب خواهد بود . سپس جبهه انجماد به سمت دیواره های تقویتی پشت سطح رویه قالب حركت می كند و نهایتاً در داخل تغذیه ها به پایان می رسد . بنابراین از طریق تغذیه های كار گذاشته شده ، می توان هر گونه كسری حجمی ناشی از انجماد را پس از ریخته گری ، با بارریزی مجدد ذوب ، داخل تغذیه ها جبران نمود .
در ریخته گری قالب های بزرگ فولادی تنها با این شرایط می توان به قطعه ای با كمترین تخلخل و حفره انقباضی دست یافت . افزون بر این طی مراحل قالب گیری و ریخته گری برخی مشكلات دیگر می تواند روی دهد . به عنوان مثال استفاده از چسب و یا نوارهای چسب در ساخت مدل ضروری به نظر می رسد ، اما این مواد حین بارریزی ایجاد گاز می كنند و باعث افت كیفیت قالب می شوند . بنابراین می بایست قبل از ساخت مدل ، طرح قالبی كه قرار است ریخته گری شود توسط واحد ریخته گری كنترل و باز بینی شود . داده های سطوح قالب از قبل به واحد ریخته گری ارائه می گردد تا در صورت نیاز پس از بررسی ، اصلاحات ضروری بر روی آن انجام شود ، در نهایت به اصلاحات كمتری پس از ساخت مدل نیاز است و تا حد ممكن كاربرد مواد چسبی محدود می شود .
بسته به كاربردهای مختلف ، فولادهای متنوعی در بازار جهت استفاده وجود دارند . تمامی آلیاژها كه فولادهای آن به شكل مقاطع فولادی در بازار عرضه می شوند را می توان به شكل آلیاژ ریخته گری جهت قالب ریزی مورد استفاده قرار داد . در حالی كه فولادهایی از قبیل 1.2769 و 1.2602 جایگاه خوب و خاص خود را در ریخته گری قالب های بزرگ پرس كاری بدست آورده اند ، در دیگر فولادهای آلیاژی نیز به وضوح قابلیت های جدیدی دیده می شود . از آن جا كه ساخت این قالب ها اغلب در واحدهای ذوب كوچكتر انجام می شود ، شركت هایی كه در ریخته گری فولادهای آلیاژی فعالیت دارند، می توانند بنا به نوع آلیاژ مورد نیاز دامنه انتخاب گسترده داشته باشند . از سوی دیگر خواص قطعات ریخته گری شده از طریق اجرای عملیات تكمیلی بعدی مثل عملیات حرارتی یا تغییر شكل ، قابلیت تنظیم و اطلاح دارد .
فولاد شماره 1.7140 و 1.2769 :
این گرید به عنوان فولاد كم آلیاژی بهسازی شده شناخته می شود . بسته به كاربرد آن و پروسه های تولیدی بعدی ، شرایط عملیات حرارتی متفاوتی را می توان بر روی این فولادها اجرا نمود . از یك سو این فولادها در حالت نرمالیزه و آنیل و یا از سوی دیگر در شرایط عملیات حرارتی شده با استحكام های متفاوت به بازار عرضه می شوند . قابلیت كار برروی این فولادها با شرایط آنیل بسیار مناسب خواهد بود . اما اگر كارآیی از فولاد انتظار رود می بایست فولاد عملیات حرارتی شده را مورد استفاده قرار داد . بر روی هر دو نوع این فولاد فولادها می توان عملیات حرارتی سطحی مثل سخت كاری القایی را انجام داد . با این روش مقاومت به سایش در نواحی كه خطر این پدیده وجود دارد كاهش می یابد . معمولاً این عملیات سطحی می بایست با خنك كاری طبیعی بدون استفاده از مایعات خنك كننده فولاد تكمیل شود . در این روش حداكثر سختی قابل دستیابی حدود 56
HRC
است .
این نوع فولادهای نسبتاً كم آلیاژ ریخته گری آسان تری را دارند و همچنین قطعات بزرگ كه بعدا بتوان آن را عملیات حرارتی بهسازی نمود بدون مشكل خواهد بود .
فولاد شماره 1.2333 و 1.2320
GP3M اسم تجارتی
قالبسازان به طور مداوم نیازمندی های جدیدی برای ریخته گری قالب ها تعیین می كنند كه با مواد قدیمی تر قابل دسترسی نیست .
- قابلیت ساخت و تولید در ابعاد بسیار بزرگ .
- شكنندگی كمتر ( كم بودن درصد كربن ) .
- امكان تحویل در حالت عملیات حرارتی شده .
- قابلیت سخت كاری سطحی تا 60
HRC .
- قابلیت جوش كاری بدون نیاز به عملیات پیش گرم .
فولادی مانند 1.2320 كه دارای درصد آلیاژی بیشتر است ، به خوبی از عهده شرایط فوق برآمده است . با توجه به این واقعیت كه گرید 1.2333 از نظر وزن قابل ریخته گری دارای محدودیت می باشد ، قطعات ریخته گری می بایست قبلا از نظر طرح هندسی مورد ارزیابی قرار گیرند . كسب سختی پذیری بالاتر این نوع آلیاژ ، بسته به طرح قطعه و تكنیك ریخته گری مورد استفاده قرار می تواند مشكل ساز شود .
عنصر كربن در هر دو آلیاژ حدود 06/.% می باشد . از این رو عملاً دارای فاز كاربیدهای اولیه نبوده و نتیجتاً از قابلیت چكش خواری نسبتاً خوبی برخوردار هستند . به دلیل وجود درصد كربن بیشتر در مقایسه با فولادهای 1.2769 و 1.7140 قابلیت سختی پذیری در مقایسه با گریدهای قبلی را دارند .
بسته به دمای آستینه كردن درجه سختی فولاد می تواند تا حد 63
HRC پس از سرد كردن سریع افزایش یابد . بر روی هر دو آلیاژ به روش های متنوعی می توان سخت كاری سطحی را اجرا نمود . حتی قطعات كوچك را می توان به شكل كلاسیك در كوره خلاء تحت عملیات حرارتی قرار داد .
نتایج آزمایش های جوش كاری نشان می دهد كه علی رغم وجود فازهای آلیاژی پایدار ، هردو آلیاژ از قابلیت جوش پذیری خوبی برخوردار هستند . هر جند در حین جوش كاری لازم است از طریق چكش كاری ممتد اقدام به حذف تنش های پسماند ناشی از انقباض حرارتی كرد و خطر ایجاد ترك های گرم را به حداقل رساند . با در نظر داشتن نكات كلیدی فوق می توان برروی هر دو آلیاژ فوق بدون عملیات پیش گرم اقدام به جوش كاری نمود . در جوش كاری های عمیق نیز استفاده از یك لایه زیركار با الكترود آستینی سودمند خواهد بود .
فولاد 1.2370 :
این آلیاژ طی سال های اخیر در ساخت قالب های برش ، كاربرد روزافزونی یافته است . وجود درصد كاربید بالا در ساختار ، این فولاد را از قابلیت برشی مناسب و مقاومت سایشی بالایی بهره مند كرده است . هر چند در مقایسه با فولاد 1.2382 دارای كربن كمتر و قابلیت چكش خواری و جوش پذیری بهتری می باشد ، اما اتخاذ تدابیر خاص جهت جلوگیری از بروز ترك حین جوشكاری در آن آلیاژ اجتناب ناپذیر است .
فولاد 1.2382 :
فولاد سردكار 1.2382 با حدود 15% فاز كاربید در ریز ساختار ، از دیگر آلیاژها متمایز است و دركل خانواده فولادهای ریخته گری مخصوص قالب های پرس كاری ، از بیش ترین مقاومت سایشی و قابلیت برشی برخوردار است . این فولاد پر آلیاژ در مقایسه با فولادهای كم آلیاژتر دارای محدوده گسترده تری از دمای سخت گرانی است و می توان آن را در محدوده دمایی 1020 تا 1080 درجه سانتی گراد بدون خطر رشد بیش از حد دانه های ریز ساختار حرارت داد . بالطبع در این نوع آلیاژها با افزایش دمای آستینه كردن ، حلالیت كربن در شبكه كریستالی بیشتر می شود . و درصد آستنیت باقی مانده بالا می رود . هر چه دمای آستنیته بالاتری مورد استفاده قرار گیرد به ناچار می بایست درصد آستنیت باقی مانده را از طریق برگشت چند مرحله ای در محدوده دمایی بالای 500 درجه سانتی گراد مورد استحاله قرارداد . با این كار می توان به یك ساختار همگن و پایدار دست یافت .
عملیات حرارتی :
فولادهای آلیاژی ریخته گری مخصوص قالب های پرس كاری را می توان از كارگاه ریخته گری به شكل آنیل شده یا عملیات حرارتی به سازی شده تحویل گرفت . در زمان تعیین شرایط تحویل قالب توجه شود كه امكان اجرای عملیات براده برداری كماكان برروی قالب وجود داشته باشد. به همین دلیل حداكثر استحكام (یا سختی) به 1200
N/mm2 محدود می شود . فولادهای 1.7140 و 1.2769 در این محدوده قرار می گیرند . اگر استحكامی بالاتر مورد نیاز باشد خواص جدید از طریق عملیات حرارتی تكمیلی قابل دستیابی است .





طبقه بندی: مقاله، 

نوشته شده در تاریخ پنجشنبه 30 تیر 1384 توسط حسین ده جوریان
قالب وبلاگ