چکیده: این مقاله به طور سیستماتیک علل، فرآیندهای رایج و مکان‌های ایجاد نقص سوراخ شنی در فرآیند ریخته‌گری شنی بدنه پمپ‌های چند مرحله‌ای نوع بی بی ۳ در قطعات فولادی ریخته‌گری شده را تجزیه و تحلیل می‌کند و راه‌حل‌های هدفمندی را پیشنهاد می‌دهد. از طریق بررسی متون و تجزیه و تحلیل موردی، مشخص شد که نقص‌های سوراخ شنی عمدتاً ناشی از مقاومت ناکافی ماسه قالب‌گیری، نقص‌های طراحی سیستم راهگاهی و عملکرد نامناسب هستند و مستعد بروز در فرآیندهای قالب‌گیری، تنظیم ماهیچه، بستن و ریختن هستند. مکان‌های خاص شامل دروازه‌ها، رایزرها، قطعات ضخیم ریخته‌گری و حفره‌های داخلی هستند. با بهینه‌سازی نسبت ماسه قالب‌گیری، بهبود طراحی سیستم راهگاهی و تقویت کنترل فرآیند، می‌توان میزان وقوع سوراخ‌های شنی را به طور مؤثر کاهش داد و کیفیت ریخته‌گری را بهبود بخشید.
فصل ۱ مقدمه
با توسعه فناوری صنعتی، پمپ‌های چند مرحله‌ای از جنس فولاد ضد زنگ به طور فزاینده‌ای در زمینه‌هایی مانند مهندسی شیمی، برق و حفاظت از آب مورد استفاده قرار می‌گیرند. بدنه پمپ چند مرحله‌ای از جنس فولاد ریخته‌گری شده بی بی ۳ به عنوان جزء اصلی، کیفیت آن به طور مستقیم بر عملکرد و عمر مفید پمپ تأثیر می‌گذارد. با این حال، در فرآیند ریخته‌گری ماسه‌ای، نقص‌های سوراخ ماسه‌ای یکی از نقص‌های رایج ریخته‌گری هستند که به طور جدی بر استحکام و کیفیت ظاهری قطعات ریخته‌گری تأثیر می‌گذارند. هدف این مقاله، انجام تجزیه و تحلیل عمیق علل، فرآیندهای رایج و مکان‌های نقص سوراخ ماسه‌ای و ارائه راه‌حل‌های مؤثر برای ارائه مرجع به شرکت‌های ریخته‌گری است.
فصل 2 تحلیل همبستگی بین ویژگی‌های ساختاری قطعات ریخته‌گری و عیوب سوراخ ماسه‌ای
۲.۱ ویژگی‌های ساختاری بدنه پمپ بی بی ۳ از جنس فولاد ریخته‌گری شده
بدنه پمپ بی بی ۳ از یک ساختار تقسیم محوری، متشکل از بدنه پمپ، پوشش پمپ و جفت اصطکاک استاتیکی، برای تشکیل یک ساختار حلزونی دو پوسته‌ای واحد، بهره می‌برد. ویژگی‌های معمول آن عبارتند از:
1. پروانه‌ها به صورت متقارن پشت به پشت چیده شده‌اند تا به نتیجه برسند
خود متعادل کننده نیروی محوری؛
2. طراحی کانال جریان دو حلزونی، تأثیر نیروی شعاعی بر بدنه پمپ را کاهش می‌دهد.
۳ اجزای بدنه/پوشش پمپ به صورت افقی تقسیم شده‌اند تا جداسازی، مونتاژ و نگهداری آنها آسان باشد.
۴. پروانه مرحله اول از ساختار دو مکشه برای افزایش مقاومت در برابر کاویتاسیون استفاده می‌کند.
این ویژگی‌های ساختاری، ضمن افزایش عملکرد بدنه پمپ، الزامات بالاتری را نیز بر فرآیند ریخته‌گری تحمیل می‌کنند. به عنوان مثال، سطح منحنی پیچیده کانال جریان حلزونی دوتایی می‌تواند باعث پر شدن ناهموار فلز مذاب شود و خطر تشکیل سوراخ ماسه‌ای را افزایش دهد.
۲.۲ تأثیر سازه‌های پمپ دو جداره از جنس فولاد ضد زنگ بر روی چاله‌های ماسه‌ای
ساختار کانال جریان پمپ دو جداره از جنس فولاد ضد زنگ مستقیماً بر ویژگی‌های جریان فلز مذاب تأثیر می‌گذارد. تحقیقات نشان می‌دهد که وقتی سطح مقطع کانال جریان به طور ناگهانی تغییر می‌کند یا ضخامت دیواره به شدت تغییر می‌کند، احتمالاً تلاطم و ورود جریان رخ می‌دهد و باعث ریزش ماسه قالب‌گیری و تشکیل سوراخ‌های ماسه می‌شود. به عنوان مثال، در بخش انتشار یک حلزونی پمپ چند مرحله‌ای، اگر گرادیان ضخامت دیواره به درستی کنترل نشود، تفاوت‌های موضعی در نرخ‌های خنک‌کننده باعث ایجاد تنش حرارتی شده و باعث ترک خوردن قالب می‌شود.
فصل 3 تحلیل علل نقص‌های سوراخ ماسه‌ای
عیوب سوراخ شنی، سوراخ‌هایی با دانه‌های شن هستند که روی سطح یا داخل قطعه ریخته‌گری قرار گرفته‌اند. علل آنها پیچیده و متنوع است و عمدتاً می‌توان آنها را به جنبه‌های زیر نسبت داد:
۳.۱ مقاومت ناکافی ماسه قالب‌گیری
استحکام ناکافی ماسه قالب‌گیری یا هسته ماسه‌ای یکی از دلایل اصلی ایجاد نقص‌های سوراخ ماسه‌ای است. در طول فرآیند ریختن، دمای بالای فلز مذاب و اثر سایش ممکن است باعث ریزش قالب یا هسته شود و در نتیجه سوراخ‌های ماسه‌ای ایجاد شود. اگر مقاومت ماسه قالب‌گیری کافی نباشد، تحت تأثیر فلز مذاب با دمای بالا، سطح ماسه قالب‌گیری نرم شده و ریزش می‌کند و تشکیل نقص‌های سوراخ ماسه‌ای را تشدید می‌کند.
۳.۲ سیستم راهگاهی طراحی ضعیفی دارد
طراحی غیرمنطقی سیستم راهگاهی، مانند موقعیت نامناسب راهگاه یا سرعت ریختن بیش از حد سریع، می‌تواند باعث نیروی سایش بیش از حد فلز مذاب روی قالب شود و در نتیجه باعث ترک خوردن قالب، ریزش ماسه قالب و تشکیل سوراخ‌های ماسه شود. علاوه بر این، زمان ریختن خیلی کوتاه یا خیلی طولانی نیز ممکن است بر ایجاد سوراخ‌های ماسه تأثیر بگذارد و زمان ریختن باید با اندازه، ساختار و وزن ریخته‌گری متناسب باشد.
۳.۳ عملکرد نامناسب
عملکرد نادرست فرآیندهایی مانند قالب‌گیری، تنظیم ماهیچه، بستن و ریختن نیز از علل مهم ایجاد عیوب سوراخ ماسه‌ای است. به عنوان مثال، ماسه شل موجود در حفره قبل از بسته شدن جعبه، تمیز نمی‌شود، هسته ماسه آسیب دیده و تعمیر نمی‌شود و اشیاء خارجی در حین فرآیند ریختن به داخل حفره می‌افتند که همه این موارد می‌توانند منجر به تشکیل سوراخ‌های ماسه‌ای شوند.
فصل 4 فرآیندها و مکان‌های مستعد نقص‌های گودال ماسه‌ای
فرآیندهای رایج و مکان‌های ایجاد نقص سوراخ ماسه‌ای در فرآیند ریخته‌گری ماسه‌ای عمدتاً شامل جنبه‌های زیر است:
۴.۱ فرآیند قالب‌گیری
در فرآیند قالب‌گیری، فشردگی ناهموار قالب، ماسه تیز برداشته نشده و استحکام ناکافی سطح حفره، همگی می‌توانند منجر به نقص سوراخ ماسه شوند. مشکلاتی مانند عدم تعمیر مناسب قالب، فشرده نشدن گوشه‌های قطعه ریخته‌گری و افت زیاد جدایش قطعه ریخته‌گری نیز می‌تواند باعث ریزش ماسه در حین ریختن و در نتیجه ایجاد سوراخ ماسه شود.
۴.۲ مراحل تنظیم ماهیچه و بستن قالب
در طول فرآیند تنظیم و بستن مغزه، آسیب به مغزه ماسه‌ای، عدم تمیز کردن ماسه شل و ریزش دانه‌های ماسه به دلیل برخورد در حین بستن جعبه، همگی می‌توانند منجر به نقص سوراخ ماسه‌ای شوند. علاوه بر این، برآمدگی‌های تمیز نشده در سطح جداکننده مغزه ماسه‌ای و افتادن ماسه شل به داخل حفره در حین بستن جعبه نیز از علل شایع سوراخ ماسه‌ای هستند.
۴.۳ فرآیند ریختن
در طول فرآیند ریختن، سرعت ریختن خیلی زیاد، طراحی نامناسب دریچه
که منجر به شسته شدن ماسه می‌شود، و افتادن اشیاء خارجی به داخل حفره در طول فرآیند ریختن، همگی می‌توانند باعث ایجاد سوراخ‌های ماسه شوند. علاوه بر این، دمای ریختن بیش از حد بالا یا پایین نیز ممکن است بر ایجاد سوراخ‌های ماسه تأثیر بگذارد.
۴.۴ مکان‌های مستعد گودال‌های شن
محل‌های رایج ایجاد نقص سوراخ شنی در قطعات ریخته‌گری عمدتاً شامل دروازه‌ها، برآمدگی‌ها، قسمت‌های ضخیم و بزرگ قطعه ریخته‌گری و حفره‌های داخلی است. این محل‌ها به دلیل نیروی سایش زیاد فلز مذاب یا اتلاف حرارت آهسته، مستعد ریزش قالب یا فرو رفتن دانه‌های شن در قطعه ریخته‌گری هستند.
فصل 5 راه حل های رفع عیوب سوراخ ماسه ای
با توجه به علل و فرآیندهای رایج ایجاد عیوب چاله ماسه‌ای، در این مقاله راهکارهای زیر پیشنهاد شده است:
۵.۱ بهینه سازی نسبت ماسه قالب گیری
بهبود استحکام و مقاومت ماسه قالب‌گیری، کلید حل نقص سوراخ ماسه است. با تنظیم نسبت ماسه قالب‌گیری و افزایش محتوای چسب‌ها و افزودنی‌ها، می‌توان مقاومت فشاری مرطوب و مقاومت ماسه قالب‌گیری را افزایش داد و تشکیل ریزش قالب و نقص سوراخ ماسه را کاهش داد.
۵.۲ بهبود طراحی سیستم راهگاهی
طراحی منطقی سیستم راهگاهی، شامل موقعیت، اندازه و سرعت بارریزی، می‌تواند به طور موثری نیروی سایش فلز مذاب روی قالب را کاهش داده و میزان وقوع عیوب سوراخ ماسه‌ای را کاهش دهد. علاوه بر این، تنظیم زمان بارریزی با اندازه، ساختار و وزن قطعه ریخته‌گری نیز یک اقدام مهم برای کاهش عیوب سوراخ ماسه‌ای است.
۵.۳ تقویت کنترل فرآیند
تقویت کنترل فرآیند در فرآیندهایی مانند قالب‌گیری، ماهیچه‌گیری، بستن قالب و ریختن مذاب برای اطمینان از عملکرد صحیح، تمیزکاری کامل و جلوگیری از برخوردها می‌تواند به طور مؤثر تشکیل عیوب سوراخ ماسه‌ای را کاهش دهد. به عنوان مثال، قبل از بستن جعبه، حفره را کاملاً تمیز کنید و هیچ نقطه کوری باقی نگذارید؛ قبل از ریختن مذاب، بررسی کنید که آیا محفظه راهگاه و راهگاه تمیز هستند یا خیر؛ از افتادن اشیاء خارجی به داخل حفره در طول فرآیند ریختن مذاب و غیره جلوگیری کنید.
۵.۴ از فیلتر ریخته‌گری استفاده کنید
استفاده از فیلتر ریخته‌گری در بخش راهگاه می‌تواند به طور مؤثر آخال‌های موجود در فلز مذاب را حذف کرده و اساساً عیوب سوراخ ماسه‌ای را در ریخته‌گری از بین ببرد. انتخاب فیلترهای ریخته‌گری باید بر اساس نوع فلز مذاب و شرایط ریختن باشد.
فصل 6 نتیجه‌گیری
نقص سوراخ شنی یکی از عیوب ریخته‌گری رایج در فرآیند ریخته‌گری شنی قطعات فولادی ریخته‌گری شده بدنه پمپ چند مرحله‌ای نوع بی بی ۳ است. علل آن پیچیده و متنوع است و فرآیند و محل مستعد آن مشخص است. با بهینه‌سازی نسبت شن قالب‌گیری، بهبود طراحی سیستم راهگاهی، تقویت کنترل فرآیند و سایر اقدامات، می‌توان میزان وقوع نقص سوراخ شنی را به طور مؤثر کاهش داد و کیفیت ریخته‌گری را بهبود بخشید. در آینده، با توسعه مداوم فناوری ریخته‌گری، پیشگیری و کنترل نقص سوراخ شنی دقیق‌تر و هوشمندانه‌تر خواهد شد و تضمین قوی برای توسعه پایدار شرکت‌های ریخته‌گری فراهم می‌کند.