تصميم عملية الصب وممارسة الإنتاج لأحذية الجنزير

يعد صب حذاء الجنزير عنصرًا حاسمًا في معاول كهربائية، وهو ما يمثل 10٪ إلى 15٪ من إجمالي وزن المعدات. باعتباره الجزء المتحرك من معدات التعدين، فإنه يعمل في بيئات قاسية ويتعرض لظروف ضغط معقدة ومتغيرة، مما يؤدي بسرعة إلى تآكل، تشوه، وحتى كسور حذاء الجنزير. يتم عمومًا استبدال مداسات جنزير المعدات الكبيرة في مجموعات، مع تكاليف استبدال عالية. لذلك، يجب أن تتمتع أحذية الجنزير بخصائص أداء شاملة مثل القوة العالية، ومقاومة التآكل، ومتانة الصدمات، ومقاومة التعب. في الوقت الحالي، تشتمل المواد المستخدمة في مصبوبات أحذية الجنزير بشكل أساسي على الفولاذ عالي المنغنيز، والفولاذ ذو السبائك المنخفضة، وما إلى ذلك، مع العديد من الموديلات في الخارج التي تختار أحذية الجنزير ذات السبائك الفولاذية المنخفضة.

يحتفظ الفولاذ ذو السبائك المنخفضة بمقاومة التآكل مع تقديم أداء عام أفضل من الفولاذ ذي السبائك المنخفضة ارتفاع الفولاذ المنغنيز. ومع ذلك، فإن إضافة عناصر السبائك في الفولاذ منخفض السبائك يقلل من التوصيل الحراري للسبائك. إنه يوسع نطاق التصلب، مما يجعله أكثر عرضة لتوليد إجهاد كبير أثناء التصلب، مما يؤدي إلى تكوين الشقوق. قامت شركة Qiming Casting بالبحث في عملية صب أحذية الجنزير الفولاذية ذات السبائك المنخفضة وواجهت مشكلات مثل الشقوق والتصاق الرمال أثناء الإنتاج التجريبي. استجابة لهذه المشكلات، تعمل هذه المقالة على تحسين عملية صب أحذية الجنزير، وإزالة عيوب الصب، وإنتاج منتجات صب أحذية الجنزير المؤهلة.

تحليل المتطلبات الفنية لأحذية الجنزير والصعوبات في عملية الصب

متطلبات تقنية

التركيب الكيميائي

يتم تصنيع أحذية الجنزير من الفولاذ عالي القوة والسبائك المنخفضة وتتميز بمقاومة جيدة للتآكل والصدمات. تم تعديل المادة المحددة وفقًا لـ AS-1444-Grade4320. يظهر التركيب الكيميائي في الجدول 1.

متطلبات الجودة

بناءً على ظروف الاستخدام للأجزاء الهيكلية المختلفة لأحذية الجنزير، فقد تم تقسيمها إلى مناطق حرجة وغير حرجة. المناطق الحرجة هي المناطق المحاطة بالخط المتعدد في الشكل 1 وأجزاء الأذن الدبوسية. أثناء الإنتاج التجريبي، يجب أن تخضع المسبوكات لفحوصات بصرية وأبعادية ومغناطيسية شاملة وفحص بالموجات فوق الصوتية. بعد المعالجة الآلية، تحتاج فتحات الدبوس إلى الخضوع لفحص الاختراق على سطح الآلة. بعد المعالجة الحرارية، يجب أيضًا تشريح العينات كما هو مطلوب، مع توضيح مواقع التشريح في الشكل 1. بعد التشريح، يتم إجراء عمليات التفتيش على الاختراق والجسيمات المغناطيسية والموجات فوق الصوتية والتصوير الشعاعي على الأسطح التي تم تشريحها. يجب أن يفي تشطيب سطح الصب بمتطلبات معايير الفحص البصري ASTM A802، ويجب ألا يحتوي سطح الصب على رمل ملتصق أو جلد أكسيد. يتم إجراء الفحص بالموجات فوق الصوتية وفقًا لمعايير الفحص بالموجات فوق الصوتية AS2574-2000 - Castech، مع متطلبات المستوى الأول للمناطق الحرجة ومتطلبات المستوى الثاني للمناطق غير الحرجة. يتم إجراء الفحص الشعاعي وفقًا لمعيار ASTM E94 - الدليل القياسي للفحص الشعاعي، مع اقتصار العيوب في المناطق الحرجة A وB وC على أقل من الدرجة الثانية، بينما لا يُسمح بالعيوب في D وE وF. في المناطق غير الحرجة، يجب أن تكون العيوب في A وB أقل من الدرجة الثانية، وC أقل من الدرجة الثالثة، ولا يُسمح بالعيوب D وE وF. نظرًا لمتطلبات الجودة الصارمة للمسبوكات، يتم وضع متطلبات عالية على عملية الصب.

تحليل صعوبات عملية الصب

خصائص هيكل المنتج

يعتبر مداس الجنزير مكونًا مهمًا في المجرفة الكهربائية، كما هو موضح في الشكل 2. يبلغ الوزن الفردي لهذا المنتج 909 كجم، بأبعاد إجمالية تبلغ 1,400 مم × 760 مم × 430 مم. يتميز المنتج باختلافات كبيرة في سمك الجدار، حيث يبلغ الحد الأقصى للسمك 190 مم والحد الأدنى للسمك 40 مم، ويتراوح السمك الرئيسي من 70 مم إلى 120 مم. هناك ثلاث فتحات دبوس على كل جانب من حذاء الجنزير، والتي تتطلب المعالجة الآلية. يسمح استخدام الرسومات ثلاثية الأبعاد للمنتج بمراقبة واضحة للبنية الداخلية للصب. يمكن تقسيم حذاء الجنزير إلى عدة مناطق مستقلة بشكل متبادل، بما في ذلك رأس العجلة المسننة المركزي، والأذنين ذات الستة سنون، وثلاثة عشر قوسًا كبيرًا تربط الأذنين الدبوسية بالجسم، كما هو موضح في الشكل 2. يتم توضيح المقطع العرضي الصعب في الشكل 3. XNUMX.

تحليل اتجاه الكراك

إن خصائص السبائك والتغيرات المفاجئة في سمك الجدار والانكماش المحدود يمكن أن تزيد جميعها من ميل المسبوكات إلى ظهور الشقوق. تكون مصبوبات السبائك عالية الصلابة عرضة لتكوين المارتينسيت أثناء اللحام، مما يجعل من الصعب إصلاح الشقوق وحتى إنتاج خردة المنتج. لذلك، يعد تقليل حدوث التشققات في مصبوبات أحذية الجنزير جانبًا مهمًا في تصميم العملية. وفقًا لتحليل هيكل الصب، من المعروف أن الجزء القوسي الذي يربط آذان الدبوس بالجسم هو المنطقة التي من المرجح أن يعيق فيها القالب الرملي عملية الصب أثناء التصلب. تخضع هذه المنطقة لتغيرات كبيرة في سمك الجدار وهي المنطقة الأكثر عرضة لتكوين التشققات في عملية الصب، وبالتالي تتطلب اهتمامًا خاصًا في تصميم العملية.

تصميم عملية الصب لمداس الجنزير

شروط الإنتاج الأساسية

تتضمن العملية استخدام صب الرمل بالراتنج الفينولي وتصنيع اللب وصهر السبيكة في فرن متوسط ​​التردد سعة 2 طن. تم إستخدام القولبة الآلية، مع تصنيع النوى يدوياً. يتم تطبيق طلاء مسحوق سيليكات الزركونيوم الكحولي على أسطح العمل لقوالب الرمل والنوى.

اختيار سطح الفراق

إن حذاء الجنزير مصنوع من الفولاذ ذو السبائك المنخفضة، وعمليات الانكماش السائل والتصلب تتطلب استهلاك كمية معينة من الفولاذ المنصهر، وبالتالي تحتاج إلى تجديد من خلال الناهضات إلى الصب. يعد سطح مداس حذاء الجنزير ورأس العجلة المسننة والأذنين الدبوسية من المناطق المهمة ويجب وضعها في الجزء السفلي من القالب أولاً. وفي الوقت نفسه، فإن وضع السطح المسطح الكبير في الجزء العلوي من القالب يسهل ترتيب وتنظيف الناهضات. لتبسيط الهيكل الأساسي وتسهيل عملية الإزالة الأساسية، تم تصميم خط الفصل على المستوى الذي يقع فيه مركز ثقب الدبوس. يظهر الرسم التخطيطي المبسط لعملية الصب في الشكل 4.

تصميم قلب الرمل

على أساس خط الفصل المحدد، يتم إجراء تصميم قلب الرمل لصب حذاء الجنزير، كما هو موضح في الشكل 5. قلب الرمل لفتحات الدبوس الستة الخارجية يكون أسطواني الهيكل، وهو بسيط وسهل الإنتاج. يكون قلب رمل التجويف الداخلي على شكل حرف L بشكل عام. يتم وضع رأس أساسي كبير عند الذيل لتوفير الموضع والتثبيت، في حين يتم وضع رأس أساسي أسطواني في الرأس لتحديد الموضع والتثبيت الإضافي، وبالتالي منع إزاحة وطفو قلوب الرمل.

تخطيط الناهض والحديد المبرد

النقاط الساخنة الرئيسية في حذاء الجنزير هي رأس العجلة المسننة ونقاط اتصال آذان الدبوس بالجسم، ويبلغ عددها الإجمالي 7. من خلال وضع قشعريرة، يتم دمج النقاط الساخنة الموجودة على رأس العجلة المسننة وجوانبها في نقطة ساخنة واحدة. يتم وضع قشعريرة في الجزء السفلي وجوانب الأذنين الدبوسية للسماح لنقطة ساخنة خارجية بمشاركة رافع واحد. لذلك، يلزم وجود 3 روافع فقط للصب، كما هو موضح في الشكل 6.

تصميم نظام البوابة

نظام بوابة الصب هو الممر الذي من خلاله يملأ الفولاذ المنصهر تجويف قالب الصب. يمكن لنظام البوابات المصمم جيدًا أن يقلل من سرعة دخول الفولاذ المصهور إلى تجويف القالب، وتقليل الاضطراب، وتقليل أكسدة الفولاذ، وتحسين سلاسة عملية الصب، وتقليل احتمالية المسامية، وتخفيف تأثير الفولاذ المصهور على قالب الرمل. ، وبالتالي تقليل خطر عيوب الصب. يظهر الشكل 7 نظام البوابات لصب حذاء المسار، مع تحديد نسب المساحة المقطعية لكل مكون من خلال الحسابات على النحو التالي: مستقيم: عرضي: داخلي = 1: 1.12: 1.43، مما يشكل نظام صب مفتوح.

تصميم رمل الكروميت

بالمقارنة مع رمل السيليكا، يتمتع رمل الكروميت بمقاومة حرارية أعلى، مما يمكن أن يقلل من ميل صب الرمل إلى الالتصاق بمناطق الصب. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لرمل الكروميت تسريع معدل التصلب في مناطق الصب، مما يتيح لسطح الصب في هذه المناطق إنشاء القوة بسرعة أكبر، وبالتالي تقليل ميل التشقق. من هيكل حذاء الجنزير، من الواضح أن الجزء القوسي الذي يربط آذان الدبوس بالجسم يتم إعاقته بواسطة قالب الرمل أثناء تصلب الصب، مما يؤدي إلى إجهاد كبير. إلى جانب سماكة الجدار الكبيرة في هذه المنطقة، تكون عملية إنشاء القوة بطيئة نسبيًا، مما يجعلها عرضة للتشقق. لذلك يجب وضع رمل الكروميت في هذه المنطقة لتقليل تكون الشقوق كما هو موضح في الشكل 6.

تشهد المناطق التي توضع فيها قشعريرة على سطح الصب والمناطق المحيطة بها تدرجات كبيرة في درجات الحرارة أثناء تصلب السائل المعدني، مما يؤدي إلى إجهاد الانكماش. على وجه الخصوص، يؤدي وضع قشعريرة حول الأجزاء السميكة من الصب إلى توليد إجهاد كبير، والذي يمكن أن يتجاوز بسهولة قوة الفيلم السائل المعدني، مما يسبب عيوب التشقق. إن وضع رمل الكروميت الذي يتمتع بخصائص جيدة لتخزين الحرارة بين الصب والقشعريرة يمكن أن يمنع تكوين الشقوق. لذلك، في عملية تصميم صب أحذية المسار، يتم وضع رمل الكروميت، بسمك 10 ~ 20 مم، حول القشعريرة في المقاطع السميكة من الصب.

التنبؤ بجدوى عملية الصب

تحليل محاكاة عملية التصلب

يوضح الشكل 9 توزيع الطور السائل أثناء عملية التصلب لصب حذاء الجنزير. يوضح الشكل أن الصب يبدأ في التصلب من المناطق السفلية والجانبية حيث يتم وضع القشعريرة، ثم يتصلب تدريجيًا من الأسفل إلى الأعلى، مع تصلب الروافع الثلاثة أخيرًا. يحقق الصب التصلب المتسلسل الشامل من الأسفل إلى الأعلى، مع عدم وجود مناطق معزولة للطور السائل تتشكل داخل الصب أثناء عملية التصلب. ويبين الشكل 10 توزيع فراغات الانكماش والانكماش في الصب. يمكن أن نرى من الشكل أن فراغات الانكماش والانكماش موزعة في نظام البوابات والرافعات، مع عدم اكتشاف فراغات الانكماش أو الانكماش داخل الصب نفسه. ولذلك، فإن تصميم العملية قد حقق النتائج المتوقعة.

الإنتاج التجريبي للمنتج وتحليل العيوب

بناءً على تصميم عملية الصب لأحذية الجنزير، تم إجراء تجربة المنتج. تم صهر الفولاذ في فرن متوسط ​​التردد سعة 2 طن وسكب باستخدام مغرفة صب سفلية سعة 3 طن. كانت درجة حرارة الفولاذ المنصهر عند المخرج 1605 درجة مئوية، مع درجة حرارة صب تبلغ حوالي 1580 درجة مئوية، وكان وقت الصب المقاس من 55 إلى 70 ثانية. يظهر الشكل 11 عملية الصب بعد الإزالة من القالب. بعد تنظيف الرمل والسفع بالخردق، تم إجراء فحص خارجي، تليها عمليات مثل الطحن، والسفع بالخردق، وفحص الجسيمات المغناطيسية، والفحص بالموجات فوق الصوتية، وتشريح الجثة، وفحص الاختراق لتشريح الجثة. الكتل والفحص بالموجات فوق الصوتية لكتل ​​التشريح.

أثناء الفحص الخارجي تبين وجود عيوب في التصاق الرمل داخل فتحات صب الصب، وكان من الصعب التعامل مع بعض الرمل الملتصق في مناطق معينة، كما هو موضح في الشكل 12. وكان سبب التصاق الرمل في هذه المناطق هو القطر الصغير لنواة الرمل، مما يسمح للفولاذ المنصهر بتسخين نواة الرمل إلى درجة حرارة عالية أثناء التعبئة والتصلب.

وبعد تشريح الجثة، تبين وجود عيوب أيضًا في التصاق الرمل في الزوايا الداخلية للصب، لنفس سبب التصاق الرمل في فتحات الدبوس. كشف فحص الجسيمات المغناطيسية لكتل ​​التشريح عن شقوق متعددة في الزوايا الداخلية، كما هو موضح في الشكل 12. وقد تشكلت هذه الشقوق لأن هذه المنطقة تشكل تجويفًا مغلقًا، وأثناء التصلب، تتعرض لضغط يتجاوز الحد الأقصى لقوة السبيكة بسبب العوائق من قلب الرمال، مما يؤدي إلى التكسير الحراري.

 

تحسين العملية والتحقق من الإنتاج

تم استخدام رمل الكروميت عالي المقاومة للحرارة لإزالة العيوب الملتصقة بالرمل عند فتحات الدبوس، حيث تكون جميع نوى الرمل في فتحات الدبوس مصنوعة بالكامل من رمل الكروميت. أما بالنسبة لعيوب التشققات في الزوايا الداخلية للصب فمن ناحية تم استبدال رمل النواة برمل الكروميت لتسريع معدل تصلب الجزء السطحي من التجويف الداخلي مما يمكن سطح التجويف الداخلي من تثبيت القوة بسرعة أكبر. من ناحية أخرى، أثناء عملية تصنيع قلب الرمل، تم وضع حبال التنفيس وحبال القش لتحسين قابلية طي قلب الرمل. بعد تحسين العملية، تم إجراء الإنتاج التجريبي، وتم حل عيوب الشقوق والتصاق الرمال في عملية الصب. اجتازت عملية الصب الفحص الخارجي، وفحص الجسيمات المغناطيسية، والفحص بالموجات فوق الصوتية، وتشريح الكثافة، وفحص الاختراق لكتل ​​التشريح، والفحص بالموجات فوق الصوتية لكتل ​​التشريح، وكلها تلبي المتطلبات. وبعد ذلك، تم إجراء الفحص الشعاعي على كتل التشريح، وكانت النتائج مطابقة لمتطلبات الشروط الفنية. تظهر المسبوكات النهائية وكتل التشريح الخاصة بها في الشكل 13.

 

تلخيص

1. بالنسبة للمسبوكات ذات متطلبات الكثافة الصارمة، من الممكن تقسيم الصب إلى مناطق مختلفة. من خلال تنسيق وضع الناهضات والقشعريرة، يمكن تحقيق التصلب المتسلسل في المناطق الفردية، وبالتالي تحقيق التصلب المتسلسل للصب بأكمله. وهذا يضمن أن الكثافة الداخلية للصب تلبي المتطلبات.
2. عندما يحتوي الصب على تجاويف مغلقة ومناطق تركيز الإجهاد، فإن وضع رمل الكروميت في تلك المناطق يمكن أن يقلل من عيوب التصاق الرمل. باستخدام رمل الكروميت لتسريع عملية التصلب في تلك المناطق، من المستحسن زيادة قابلية انهيار قلوب الرمل لتقليل أو منع الصب من التشقق.