في صب الرمل، تُعدّ تجاويف الانكماش ومسامية الانكماش من أكثر العيوب الداخلية شيوعًا في المسبوكات. تظهر تجاويف الانكماش عادةً على شكل تجاويف كبيرة غير منتظمة في المناطق السميكة أو مناطق مركز التسخين للمصبوب، وتتميز بجدران خشنة وبلورات شجيرية. تظهر مسامية الانكماش على شكل مجموعات مسام دقيقة متفرقة، تحدث غالبًا على طول محاور الصب أو عند تقاطعات السُمك. تُضعف هذه العيوب بشدة الخواص الميكانيكية وإحكام الغلق، مما قد يؤدي إلى تشققات وفشل مبكر. وباعتبارها عمليات أساسية في سير عمل الصب، تلعب عمليات تصميم القوالب وصنع القوالب دورًا حاسمًا في منع مسامية الانكماش وتجويفاته. تُحدد هذه المقالة بشكل منهجي التدابير الفعالة للحد من معدلات حدوثها من خلال التركيز على الجوانب المهمة في إجراءات صنع القوالب.
1. تحسين تصميم صلابة الصب وضغط الملء
1. تأكد من ارتفاع الصندوق العلوي وتعزيز الضغط الثابت للمعدن
يؤدي انخفاض ارتفاع الصندوق العلوي إلى انخفاض ضغط انكماش المعدن بشكل ملحوظ خلال مرحلة التصلب النهائية للمسبوكات، مما يؤدي إلى انخفاض سعة التبريد وزيادة قابلية تكوين مسامية الانكماش أو تجاويف الانكماش عند الوصلات الحرارية. بالنسبة لمضخات الفولاذ المصبوب ذات الهيكل المنقسم أفقيًا (غلاف مضخة الفولاذ المصبوب المنقسم)، يجب إيلاء اهتمام خاص لتوازن الوزن بين الصندوقين العلوي والسفلي: فالصندوق العلوي ذو الحجم الصغير يُفاقم ضغط الانكماش غير الكافي، مما يُسبب تجاويف انكماش مركزة عند قمة شفة المضخة. يجب أن يكون وزن الصندوق العلوي ≥ 1.5 مرة من الرفع الهيدروليكي الثابت للمعدن المنصهر، مع إضافة أوزان إضافية عند الضرورة. يجب أن تحظر ممارسات الإنتاج بشدة تقليل ارتفاع الصندوق العلوي لتوفير الرمل أو خفض تكاليف القالب. بالنسبة للهياكل التي تتطلب صناديق علوية ضحلة، يجب أن تشمل حلول التعويض ما يلي:
استخدم غلاف الرفع العازل أو الرفع الساخن لإطالة وقت تصلب السائل المعدني في الرفع؛
استخدم كوب الصب لرفع أو إضافة سائل معدني عالي الحرارة بشكل مستمر إلى الناهض للحفاظ على قناة التعبئة السلسة وضغط التعبئة.
2. تحسين الصلابة الشاملة وكثافة الصب
قد يؤدي ضعف صلابة القالب إلى تمدد التجويف أثناء عملية الصب المسبق، أو إلى ضغط ثابت ناتج عن تدفق المعدن المنصهر، مما يؤدي إلى عدم كفاية إعادة تعبئة السائل. تتطلب هياكل المضخات ذات العلبة المنفصلة تقوية هيكلية معززة نظرًا لأسطحها المتداخلة المعقدة وتعدد أنويتها.
يتم صب المنطقة السميكة من شفة جسم المضخة محليًا باستخدام مواد تخزين الحرارة العالية مثل رمل الكروميت لتسريع التصلب وتقليل ميل الانكماش والتراخي؛
يتم تضمين الهيكل الحديدي البارد (مثل قضيب الفولاذ Φ20mm) في قلب قناة التدفق لتعزيز صلابة القلب لمنع الطفو، وتسريع تبديد الحرارة لتجنب حدوث انكماش دقيق في سمك جدار قناة التدفق؛
قم بتطبيق قوة الشد المسبق على مسمار سطح الفصل بعد إغلاق الصندوق (≥0.2 ميجا باسكال).
2. التصميم العلمي لنظام المصب والحديد البارد
1. تعزيز التصلب المتسلسل والانكماش الاتجاهي
تصميم صب خاص: يجب أن يتميز هيكل المضخة في منتصف الغلاف برافعة ظاهرة أعلى حواف المدخل/المخرج، مع تصميم عنق مخروطي مقلوب (أكبر في الأعلى وأضيق في الأسفل) لضمان قنوات تعويض الانكماش دون عوائق. يُركّب رافع مخفي خلف ممر الدافع، مستفيدًا من التجويف الداخلي لقلب الرمل لتهوية الهواء ومنع الانكماش المحوري الناتج عن بطء تبديد الحرارة في هذه المنطقة.
تطبيق مبتكر للحديد البارد: تركيب حديد بارد منحني مطابق (بسمك جدار يبلغ حوالي 0.8 مرة) في مساحة المقطع العرضي المتغيرة لحلزون المضخة. يتم تقليل المسافة بين الحديد البارد إلى 1.5 مرة من سمك الجدار، مما يتيح التحكم الدقيق في تدرجات التبريد الموضعية. تبقى الفجوة بين الحديد البارد ورمل الصب ≤0.5 مم لمنع اختراق المعدن المنصهر الذي قد يُسبب جسورًا حرارية تُسبب تجاويف انكماش.
نظام الصب: يُفضّل استخدام نظام الصب المفتوح بالحقن السفلي لتجنب التآكل المفرط للتجويف بفعل المعدن المنصهر. يجب أن يكون موضع قناة الصب الداخلية مناسبًا لتبريد المناطق الساخنة بشكل كافٍ، وذلك لتجنب تكوّن مناطق ساخنة معزولة وانكماش المسامية.
2. تجنب الوصلات الحرارية وتحسين بنية المسبوكات/القوالب
تحسين هيكل الصب من خلال معالجة البدلات والتصحيح: تجنب التغييرات الجذرية في حجم المقطع (الفرق الكبير في سمك الجدار) وتقليل الوصلات الساخنة المعزولة. يُستخدم تصميم الانتقال عند الوصلة السميكة-الرفيعة.
تصميم زاوية مناسب: يُقلل نصف القطر (R) غير الكافي عند الزوايا المقعرة من كفاءة تبريد الرمل، ويُؤخر التصلب، ويزيد من مسامية انكماش الهواء. قد يُؤدي نصف القطر (R) الزائد إلى مناطق صدمة حرارية سميكة تُؤدي إلى مسامية انكماش. يجب أن يكون نصف قطر الزاوية المثالي حوالي ثلث سمك الجدار المجاور.
صيانة القالب/البيت: قم بفحص وإصلاح القالب/البيت البالي بشكل منتظم للتأكد من أن سمك جدار الصب يلبي متطلبات التصميم وتجنب الترقق المحلي الذي يعيق قناة إعادة الصب.
ثالثًا. رقابة صارمة على أداء الرمل وعملية الطلاء
1. أداء رمل القالب هو الأساس
• نفاذية الهواء: ضعف نفاذية الهواء يعيق تصريف بخار الماء والغاز في القالب، وقد يتسرب ضغط الغاز إلى السائل المعدني غير المتصلب، مما يزيد من احتمالية الانكماش ويسبب عيوبًا في التركيب بسبب انكماش الغاز. يتطلب الأمر الكشف والتعديل الدوري.
• الرطوبة وانبعاثات الغاز: يجب التحكم بدقة في رطوبة الرمل وتقليل انبعاثات الغاز. فالرطوبة الزائدة لا تقلل من قوة الرمل فحسب، بل تزيد من انبعاثات الغاز، وتؤخر أيضًا سرعة التبريد المحلي، وتؤدي إلى الانكماش والانحلال.
• القوة والاستقرار الحراري: ضمان قوة كافية للرطوبة/الجفاف والاستقرار الحراري لمنع جدار القالب من الانهيار مبكرًا أو التشقق، مما يؤدي إلى تدمير البيئة للتبريد التكميلي.
2. تحسين عملية الطلاء
• ضع طبقة تبريد سريعة (على سبيل المثال، طلاء مسحوق الزركونيا) على المناطق السميكة أو العقد الساخنة لتسريع تصلب المنطقة.
• راقب بدقة تركيز وسمك الطلاء لضمان تجانسه. فالطبقة السميكة جدًا أو غير المتساوية ستُسخّن العزل وتؤثر على تدرج التصلب التسلسلي المثالي.
رابعًا: التركيز على تفاصيل عملية الحفر الأساسية والتحكم فيها
1. التشكيل الدقيق وصنع اللب
• توحيد عملية تشكيل القوالب والقص لتجنب الإفراط في رش المياه في المناطق المحلية، مما يؤدي إلى تراكم الرطوبة في رمل القالب والتبريد غير المتساوي.
• تأكد من أن قلب الرمل جاف تمامًا (خاصةً عند رأس اللب)، وأن قنوات التهوية (سلك الشمع، إبرة التهوية) غير معوقة لمنع غاز قلب الرمل من التدخل في عملية تصلب وانكماش المعدن، مما يؤدي إلى انكماش فضفاض أو فتحات انكماش هوائي.
• ضمان وضع واستقرار قلب الرمل، وتجنب سمك الجدار غير المتساوي الناتج عن تعويم أو إزاحة القلب، وإنتاج وصلات ساخنة غير متوقعة.
2. الاستعدادات لإغلاق الصندوق وصبّه
• تم وضع الصندوق بدقة لمنع تكوين المفاصل الساخنة الناتجة عن السماكة الموضعية بسبب النوع الخاطئ.
• تم وضع كوب الصب وحلقة الرفع بشكل ثابت ومغلقين جيدًا.
• بالنسبة للصب الكبير والمعقد، يفضل استخدام قالب الرمل الراتنجي لتحسين الدقة الشاملة وصلابة الصب.
V. خصائص التشغيل والتنسيق مع العمليات الأخرى
نقاط التشغيل الخاصة لمضخة الفتح المتوسطة
• وضع مجموعة قلب الرمل: يتم استخدام لوحة بطاقة وضع الطباعة ثلاثية الأبعاد لتجميع مجموعة قلب قناة التدفق، والفجوة بين رأس القلب أقل من 0.8 مم لمنع انجراف القلب من التسبب في سمك جدار غير متساوٍ وانكماش حراري عرضي وفك.
• الحفاظ على ضغط إغلاق الصندوق: اضغط على سمك شريط الختم على سطح الفصل إلى 80٪ من الأصلي، واستخدم ضغط إغلاق الصندوق لضغط الختم، وذلك لمنع رفع الصندوق من التسبب في انقطاع التعبئة وتشكيل ثقوب الانكماش.
تبادل المعلومات في الصهر: من خلال مطابقة خصائص المعدن بدقة، يمكن لعملية الصهر توفير تغذية راجعة آنية حول تركيب الفولاذ المنصهر (مثل محتوى الكربون والسيليكون) حتى نهاية الصب. ونظرًا لأن الفولاذ عالي الكربون يُظهر ميلًا أكبر للانكماش، يتطلب تصميم القالب تعويضًا أكبر لحجم الناهض للانكماش، بالإضافة إلى مبردات إضافية لتسريع عملية التصلب في المقاطع ذات الجدران السميكة ومنع مسامية الانكماش.
• تنسيق سقوط الرمال: وقت العزل لأكثر من 500 درجة مئوية أكثر من 6 ساعات (2-3 ساعات للأجزاء التقليدية)، التبريد البطيء لتخفيف الضغط وتجنب الشقوق المشتقة في منطقة الانكماش.
خاتمة
تظهر ممارسة التحكم في الانكماش وفتحات الانكماش في جسم المضخة ذات الفتحة المتوسطة أن الصب الهيكلي المعقد يحتاج إلى اختراق تخطيط الناهض التقليدي (مثل الناهض المخفي خلف العداء)، والمفتاح لمنع الانكماش في المناطق ذات الجدران الرقيقة هو تعزيز صلابة القلب (هيكل حديد بارد مدمج)، ويمكن لاستراتيجية التبريد المتمايزة (حديد بارد منحني + طلاء إقليمي) التحكم بدقة في القسم الساخن.
يعتمد التحكم في تجاويف الانكماش والمسامية في صب الرمل بشكل أساسي على تهيئة بيئة تصلب ثلاثية الأبعاد من خلال عمليات الصب: بناء قوالب صلبة، واستخدام حديد تبريد دقيق، والحفاظ على ضغط مستمر لتعويض الانكماش. ولا يمكن خفض معدل العيوب إلى أقل من 0.5% إلا من خلال التكامل العميق لتقنيات تشكيل اللب مع الخصائص الهيكلية للمسبوكات (مثل أعناق الرافعات المخروطية المقلوبة في حواف جسم المضخة وحديد التبريد المطابق لقنوات التدفق)، مما يُلبي متطلبات السلامة الأساسية للمسبوكات التي تتحمل الضغط.