عملية صب الرغوة المفقودة لمثقب عالي السرعة 65 طنًا مزود بعجلة موازنة وطاولة

في هذه الورقة البحثية، تم استخدام دولاب موازنة وطاولة ومكبس عالي السرعة بقوة 65 طنًا. وقد تم اعتماد سلسلة من التدابير التقنية لحل الصعوبات التي تواجه إنتاج هذا النوع من المسبوكات عالية الجودة للتصدير. من خلال تصميم مدروس للمجرى، تم تقليل كثافة القالب الأبيض، وزيادة استمراريته، وزيادة قوة الطلاء لمقاومة تدفق الحديد المنصهر، وإضافة قناة صاعدة لحفظ الحرارة، ووضع الحديد البارد الخارجي، وتعديل تركيبة الحديد المنصهر، وغيرها من التدابير لتجنب العيوب ذات الصلة. يتوافق التركيب الكيميائي للمسبوكات وخواصها الميكانيكية وجودة المنتج تمامًا مع المتطلبات الفنية للمسبوكات، وقد حظي هذا المنتج بتقدير العملاء الأجانب، كما أنه يوفر خبرة جيدة لإنتاج هذا النوع من المسبوكات في المستقبل باستخدام تقنية الصب بالرغوة المفقودة.

1- وصف عملية الصب والمتطلبات الفنية

دولاب الموازنة جزء من مكبس عالي السرعة يُستخدم لتخزين الطاقة وموازنة الحمل. أقصى قطر خارجي 820 مم، سُمك الحلقة الخارجية 210 مم، سُمك الضلع الأوسط 140 مم، وزن الأجزاء 620 كجم. نموذج أبيض مقطوع يدويًا، قطعة الصب الخام مُعالجة بالكامل، يجب ألا يحتوي سطح التشغيل على عيوب صب واضحة، ويجب ألا يتجاوز التوازن الديناميكي 50 جم.

الطاولة عبارة عن جهاز يُستخدم لضغط قالب الثقب على مكبس الثقب عالي السرعة. يبلغ أقصى حجم للقطعة 750 مم × 350 مم × 140 مم، ووزنها الفعلي 415 كجم. يجب معالجة قطعة الصب الخام بالكامل، مع مراعاة المعالجة على السطح الكبير بعمق 20 مم لأخدود التثبيت.

المادة المستخدمة في كلا المسبوكتين هي HT300، وهي من الحديد الزهر الرمادي عالي الجودة، وتُستخدم في عمليات الصب واسعة النطاق ذات الجدران السميكة، وتُعدّ جزءًا أساسيًا من عملية الصب. تتعرض المسبوكة لحمل كبير، وتتطلب عملية الصب المستمرة بنية داخلية دقيقة، كما يجب فحصها بدقة للتأكد من خلوها من الانكماش والمسامية. تتميز المسبوكة بوزنها وحجمها الكبيرين، مما يستلزم معايير جودة عالية. يصعب تصنيعها باستخدام تقنية الصب بالقالب المفقود، وتواجه العديد من المشاكل في المناطق البيضاء والصفراء والسوداء.

2. مخطط عملية الصب

يُظهر الشكل 1 تصميم أنبوب الصب. ويُظهر الشكل 2 عملية تبريد الحديد وحلقة أنبوب الصب.

الشكل 1: تصميم أنبوب الصب

الشكل 2: تشغيل حديد التبريد وحلقة الرفع

2.1 تصميم العداء

يتميز كلا المصبوبين بحجمهما الكبير وارتفاعهما العالي، وكلاهما يعتمد نظام صب متدرج لضمان التعبئة السريعة للمصبوبات، والتبريد الموحد، وتجنب ارتفاع درجة الحرارة الموضعي الناتج عن تركيز الحرارة.

حجم نظام صب دولاب الموازنة: المجرى المستقيم: 1100×40×40 مم؛ المجرى المتقاطع: 800×40×40 مم؛ البوابة الداخلية: 15×50×60 مم (ارتفاع) × 2.

حجم نظام البوابات: قناة البوابة: 1000×40×40؛ البوابة المتقاطعة:

300×40×40؛ بوابة التدفق: 15×50×60 (ارتفاع)×4. (ملاحظة: يعتمد المصعد على مصعد شفاف، ويجب أن يكون ارتفاع المجرى المستقيم وكوب الصب متساويًا مع المصعد.)

2.2 تصميم الصاعد

يتميز الحديد السائل بميل كبير للانكماش، ويُعد نجاح أو فشل التغذية عاملاً هاماً لضمان كثافة الأنسجة، لذا يُستخدم أنبوب تغذية شفاف. من جهة أخرى، يصعب تنظيف أنبوب التغذية المصنوع من الحديد الزهر، لذا يجب التحكم في مساحة التلامس. وإلا، سيُصبح التنظيف صعباً حتى في حال نجاح التغذية.

يُحسب قطر أنبوب التغذية للحديد الزهر الرمادي بنسبة تتراوح بين 15% و20% من الوزن الفعلي للمسبوكة. ويُحسب القطر وفقًا للقيمة التجريبية D، وهو يساوي 1.5 ضعف سُمك الوصلة الساخنة أو قطر الدائرة المحيطة بها. بالنسبة لهاتين المسبوكتين، يُعد تصميم عنق أنبوب التغذية بالغ الأهمية، إذ يؤثر على كفاءة التغذية وتكاليف التنظيف اللاحقة. تبلغ مساحة نقطة التلامس بين عنق أنبوب التغذية والمسبوكة 60 مم عرضًا و300 مم طولًا. ويبلغ ارتفاع المخفض 70 مم. وفي حال وجود زاوية قائمة في جزء المخفض، يجب تقريبها.

3. صب دولاب الموازنة والطاولة

3.1 الموديل الأبيض

لضمان الحجم الإجمالي للصب وقوة النموذج الأبيض، وتقليل ترسب الغاز والكربون، تم اختيار قالب القطع الأبيض 19 جم/لتر، ومعدل انكماش 1%، ومعالجة حتى 8 مم.

يجب مراعاة استمرارية الرغوة عند صنع النماذج وقنوات الصب. إذا كانت استمرارية الرغوة ضعيفة، أي إذا وُجدت فجوات بين حبيبات الرغوة المقطوعة، فسيؤدي ذلك إلى تسرب الطلاء وظهور عيوب في عملية التصنيع. على النموذج، ضع كريم الإصلاح على الأجزاء التي بها فجوات كبيرة بين حبيبات الرغوة. بالنسبة للمساحات الكبيرة، يُنصح باستخدام طريقة لصق ورق الجرائد. خاصةً في جزء قناة الصب، نظرًا لارتفاع معدل تدفق الحديد المنصهر، إذا كانت استمرارية النموذج الأبيض ضعيفة، فسيكون تآكل الطلاء شديدًا، لذا يجب معالجته.

بالإضافة إلى ذلك، يجب صقل الزوايا القائمة لجميع أنظمة ونماذج الصب لتصبح زوايا مستديرة. تتولد إجهادات عند هذه الزوايا، حيث يكون الطلاء غير مكتمل، رقيقًا وضعيفًا. أثناء عملية الصب، تكون هذه المناطق عرضة للتشقق، كما يزداد احتمال انهيار الصندوق وتراكم الرمل.

يعتمد نظام الصب الصاعد للقالب الأبيض على الربط اللاصق الساخن، مما يضمن أن يكون الربط قويًا مع استخدام أقل قدر ممكن من الغراء، ولا يُسمح بوجود خط فاصل بين الدفعات، مما يمنع تسرب الطلاء وتسببه في دخول الخبث.

3.2 الطلاء

تستغرق عملية صب هذين النوعين من المسبوكات وقتًا طويلاً، مما يؤدي إلى تآكل شديد للجدار الداخلي لطبقة الطلاء في نظام الصب. يجب أن تكون طبقة الطلاء قوية بما يكفي لتحمل درجات الحرارة العالية. أثناء تدفق الحديد المنصهر داخل قناة الصب، يتقشر جزء من طبقة الطلاء على الجدار الداخلي، مما ينتج عنه عيوب في طبقة الطلاء على سطح التشغيل.

تُعدّ نفاذية الهواء للطلاء مؤشرًا هامًا يؤثر على جودة الصب. يتميز الطلاء بنفاذية هواء جيدة، مما يسمح بإزالة الغازات الناتجة عن احتراق الرغوة من التجويف في الوقت المناسب، ويجعل عملية الصب سلسة، ويقلل من مقاومة تدفق الحديد المنصهر. كما يتم امتصاص الدخان الأسود والمواد الزيتية الناتجة عن احتراق الرغوة إلى الخارج عبر الطلاء.

باختصار، يتم تحضير هذا الطلاء من قبل شركة رويو. ولتحسين مقاومته للحرارة العالية ونفاذيته للهواء، يُضاف إليه 3% من محلول السيليكا و15% من مسحوق الكوارتز بحجم 100 مش. يتميز هذا الطلاء بقوة جيدة في درجات الحرارة المنخفضة والعالية، ونفاذية هواء ممتازة، ومقاومة للرمال، وملاءمته للبيئة، مما يجعله يلبي متطلبات الإنتاج والاستخدام بشكل كامل.

نظرًا لكبر حجم القطعة المصبوبة، يتم طلاءها بالفرشاة ثلاث مرات، ويبلغ سمكها الإجمالي حوالي 2 مم. تُجفف في درجة حرارة الغرفة بين 52 و56 درجة مئوية، ورطوبة أقل من 20%. تستغرق عمليتا التجفيف الأولى والثانية 8 ساعات على الأقل، بينما تستغرق الثالثة أكثر من 12 ساعة، لضمان جفاف الطلاء تمامًا. يجب تجنب أي ارتطام أثناء عملية التجفيف، مع مراعاة احتمالية حدوث أي تشوه. يُنصح بوضع دولاب الموازنة أفقيًا، واستخدام طاولة طويلة، أو وضع حامل جانبي أو رأسي.

3.3 النمذجة

يبلغ الحد الأقصى لحجم القالب 820 مم قطرًا × 210 مم سمكًا، لذا اخترنا صندوق رمل بأبعاد 1200×1200×1400 مم لضمان كمية الرمل وجودة القالب. يتكون الرمل من حبيبات 20/40، والتي تتميز بنفاذية هواء جيدة، ومقاومة عالية للحريق، وسيولة جيدة.

هذان النوعان من المسبوكات بسيطان في تركيبهما، حيث يتم تشكيلهما طبقةً تلو الأخرى باستخدام الرمل والاهتزاز. يتميز هذا النوع من الحديد الرمادي السميك وعالي الجودة بميل كبير للانكماش والتمدد. وللتخلص من الانكماش وتحقيق التصلب المتزامن، يُوضع الحديد البارد الخارجي في الجزء الأوسط والعلوي من المسبوكة أثناء عملية الصب. يُشترط أن يكون الحديد البارد جافًا وخاليًا من الصدأ، وأن يكون سمكه ثلثي سمك جدار الوصلة الساخنة.

لمنع انزلاق الحديد البارد أثناء الاهتزاز، يجب فصل الرمل ووضع الحديد البارد بعد دك طبقة الرمل. عند إضافة الرمل إلى قاعدة أنبوب الرفع، توضع حلقة حديدية قطرها أكبر من قطر أنبوب الرفع بمقدار 100 مم. يُملأ الفراغ بين الحلقة الحديدية وأنبوب الرفع بمادة عازلة، تُخلط مسبقًا. تتكون هذه المادة من رماد الفحم مع 5% بنتونيت الصوديوم و15% سيليكات الصوديوم لملء الحلقة الحديدية، وتُكتسب المتانة بتجفيفها بثاني أكسيد الكربون بعد الدك. تُضبط كثافة المادة بإضافة الحديد البارد وأنبوب الرفع العازل للحرارة. ثم يُغطى الأنبوب بغشاء رقيق، ويُغطى بالرمل قبل الصب.

3.4 الصهر والصب

لضمان الخصائص المادية والميكانيكية للحديد المنصهر من علامة HT300، تم اختيار نسبة كربون مكافئ منخفضة. يوضح الجدول 1 تفاصيل التركيب التصميمي. يُستخدم 75SiFe للتلقيح، بنسبة 0.6% في خزان تفريغ الحديد، و0.1% في عملية الصب مع حضانة التدفق. تتراوح درجة حرارة التحميص بين 1480 و1490 درجة مئوية، بينما تتراوح درجة حرارة الصب بين 1420 و1430 درجة مئوية.

الجدول 1: متطلبات التركيب الكيميائي للمسبوكات

يجب عدم انقطاع التدفق أثناء عملية الصب. بعد فتح قناة الصب، يُستمر بالصب بثبات وسرعة. بعد دخول الحديد المنصهر إلى قناة التغذية، يُمرر مسدس القطع مباشرةً عبر أنبوب الرفع، ثم تُفتح قناة العادم. بعد الصب، يُنتظر لمدة 20 ثانية، ثم يُضاف الحديد السائل إلى أنبوب الرفع. يُغطى أنبوب الرفع بمادة عازلة ويُغطى بلوح من سيليكات الألومنيوم.

4. اقلب الصفحة ونظفها

تظهر صور المسبوكات بعد قلبها وتنظيفها في الشكل 3 والشكل 4.

الشكل 3: صور للمسبوكات بعد قلبها

الشكل 4: صورة لعملية تنظيف الصب بالرمل

5. الخاتمة

بعد عملية الصب، لم تكن هناك عيوب على سطح التشغيل، وبعد القطع، لم تكن هناك عيوب في التجويف الداخلي، مثل المسامية الناتجة عن الانكماش والأوساخ، وقد تم صب القطعتين بنجاح.

ليس من السهل أبدًا تقييم نجاح أو فشل عملية صب الرغوة المفقودة بشكل شامل. فمتطلبات الصب، وعملية الصب، ومادة الصب، والتشغيل البشري، والمواد، والبيئة، والخبرة، وغيرها من العوامل، تؤثر جميعها على جودة الصب، وكلها مترابطة. ولا يمكننا إنتاج مصبوبات عالية الجودة إلا بإتقان جميع مراحل عملية الصب بالرغوة المفقودة. وأي خلل في أي مرحلة سيؤدي إلى مشاكل في الجودة.