سكب المعادن بالضغط (الجزء 4)

سكب المعادن بالضغط (الجزء 4)

نقدم في هذا المشروع دراسة تصميمية وهيدروليكية لآلة الحقن بالحجرة الباردة.


تصميم قوالب السباكة المعدنية

في آلات الحقن بالحجرة الساخنة والحجرة الباردة لا بد من وجود قوالب يتم السباكة على أساسها لإنتاج مسبوكات ذات شكل موحد وبشكل كمي، ومن هنا تأتي الأهمية الكبيرة لدراسة القالب المعدني المستخدم في هذه الآلات.

 

والقوالب المعدنية تستخدم للإنتاج الكمي ويتوقف عدد المسبوكات المنتجة على نوع المعدن المصهور وعلى شكل المسبوكة وعلى أبعاد المسبوكة. ولإطالة عمر القالب نقوم بتخفيض الصدمة الحرارية المؤثرة على سطح القالب وذلك بإحماء القالب إلى درجة حرارة مناسبة وبطلاء سطح القالب بمواد خاصة مقاومة للحرارة وبحسب درجة تعقيد المسبوكة يكون القالب مؤلفا من قطعة واحدة أو أكثر قد يكون سطح الفصل أفقيا أو شاقوليا أو مائلا.

 

تتعرض القوالب إلى إجهادات حرارية كبيرة، لذلك تصنع إما من حديد الزهر أو من الفولاذ المحتوي على نسبة ضئيلة من الكروم. وتستخدم في القوالب المعدنية K350 و K100 عندما يتطلب دقة كبيرة للمسبوكة وعندم يتعرض القالب لإجهادات حرارية كبيرة.

 

قد يزود القالب المعدني بتسامح ميلان مناسب من أجل سهولة إخراج المسبوكة، وكذلك يزود بتسامح من أجل التمدد الحراري للقالب، وقد يستخدم أحيانا نوى معدنية ذات ميلان مناسب للأسطح، وقد يستخدم أيضا نوى رملية أو نوى قشرية. يتم فتح القالب المعدني إما يدويا أو بواسطة ميكانيزم هوائي وتطرد منه المسبوكة بواسطة لوافظ موجودة في أحد جزئي القالب.

 

بشكل عام يحتوي القالب على فراغ الحقن الذي يكون له نفس الشكل والأبعاد التي يصلب من المعدن الداخل إلى فراغ هذا القالب أن يأخذ شكل المسبوكة المطلوبة وكذلك لا بد من وجود طرق وممرات يسير فيها المعدن حتى يصل إلى الفراغ المراد ملئه بالمعدن وبالتالي تشكيل المسبوكة المطلوبة ويتم ذلك عند ضغط كبير لمنع حدوث فقاعات هوائية ضمن المسبوكة. ولكن من الجدير ذكره أنه بعد بصلب المعدن داخل الفراغ تبقى المسبوكة على أحد جزئي القالب وبالتالي لا بد من توفير آلية خاصة للفظ هذه المسبوكة خارج القالب. مع مراعاة لفظها عند درجة حرارة ملائمة حيث إذا كانت القطعة أبرد من اللازم فمن الممكن إن تصل الإجهادات الداخلية فيها إلى قيمة تؤدي إلى صعوبة لفظ هذه القطعة أما إذا كانت القطعة ساخنة فقد يؤدي ذلك إلى حدوث تشوهات في القطعة وبالتالي تشوه المسبوكة.

 

قد يتألف فراغ الحقن من جزأين أو أكثر، وبالتالي يتوجب على المصمم تأمين وسائط ربط وتوضع كافية لهذه الأجزاء بأوضاعها النسبية التصميمية بحيث يخصل على قطعة بأبعاد دقيقة حسب المطلوب وهناك طريقتين أساسيتين لنقل المعدن إلى جوف القالب:

  • طريقة السكب بالفرن الساخن:والتي يكون مجرى التغذية فيها على شكل عنق الإوزة.

  • طريقة السكب بالفرن البارد:ويكون فيها المعدن المصهور موجودا في فرن الصهر وخارج آلة الحقن.

 

يتألف القالب بشكل عام من الأجزاء التالية:

    1. اللوافظ.

    2. الدلائل.

    3. جلبة الحقن.

    4. جلب الدلائل.

    5. بلاطة اللوافظ.

    6. بلائط التثبيت.

    7. مجاري التغذية.

    8. مجاري التبريد.

    9. البلاطة السالبة.

    10. البلاطة الموجبة.

 

تتولد بالقالب المعدني، عند عملية الصب، غازات ناتجة عن طلاء سطح القالب وعن الهواء المزاح من تجويف القالب، فيتم إخراج هذه الغازات عن طريق تنفيسات (أي مرضعات).

 

كما يتم تنظيم درجة حرارة القالب المعدني إما بالتبريد الطبيعي أو بالتبريد القسري، إما بنفخ الهواء أو بجريان الزيت أو الماء خلال فجوات التبريد الموجودة ضمن القالب.


آليات اللفظ

الشكل (32) آلية لفظ المسبوكة في آلة الحقن بالحجرة الباردة

إن آليات اللفظ من الأجزاء الهامة في القوالب، وهدف هذه الآلية هو إخراج المسبوكة من القالب بدون إحداث أي تشوه فيها أو أي تغيير بالأبعاد. وكيفما كانت طريقة اللفظ المستخدمة فيجب أن تدعم كافة أجزاء القطعة من قبل هذا النظام عند إخراجها. وإن حدوث أي مقاومة لعملية اللفظ ناتجة عن طبيعة شكل القطعة عند خروجها من القالب بشكل كامل، كالنوى والبروزات، وفي مثل هذه النقاط يتوجب علينا دائما زيادة مساحة حمل اللوافظ بشكل نسبي. وعملية استخدام الخوابير اللافظة هي أكثر الطرق المرنة باعتبار أنه يمكن إجراء أي تعديل بأي وقت على آلية اللفظ المستخدمة. يبين الشكل (32) آلية لفظ مستخدمة في آلات الحقن ذي الحجرة الباردة.

 

إن عدد اللوافظ المستخدمة في القوالب بشكل وسطي يبلغ من 6 إلى 200 لافظ. لذلك، فإن من الأمور المادية ضياع وقت كبير في إصلاح اللوافظ المكسورة أو استبدالها أثناء عمليات صيانة القالب.

 

إن أهم المشاكل التي تحدث في خوابير اللفظ هي الإجهادات الحرارية التي تحدث ضمن القالب، وكذلك من المشاكل الأخرى صعوبة إجراء تزييت لهذه اللوافظ بشكل فعال والتي تؤدي إلى تكسر هذه الخوابير.

 

يتم إدخال الخابور ضمن ثقب دائري مشكل بكتلة أنثى أو ذكر القالب حسب تصميمه بتسامح يصل إلى 0.02 إنش، ومن المعتاد عدم تقسية هذه اللوافظ على أساس أنها أرخص سعرا أو أسهل للتبديل عند الحاجة.

 

تصنع هذه اللوافظ من خلائط الفولاذ التي أساسها الرصاص – التوتياء، حيث أن الخلائط التي أساسها التوتياء فقط تسبب مشاكل كثيرة مع الزمن.

 

إن أكثر الخوابير التي تتعرض للمشاكل هي التي تقوم بلفظ مجاري التغذية بالقالب، وكذلك تلك التي تتوضع بالقرب من جلبة الحقن وهذا يعود إلى درجات الحرارة العالية عند تلك النقاط.

 

من أجل تخفيض الاحتكاك الحادث بين اللوافظ وثقوبها، يلجأ بعض المصممين لتوسيع هذه الثقوب من الخلف ولمساحة 1 إنش من سطح القالب وهي فكرة جيدة لأنها تسهل عملية وصول الزيوت على الأجزاء الحارة من الخابور.

 

لكن هذه الثقوب سوف تسد لاحقا أثناء عمل القالب بالزيوت والخبث والكربون. كذلك فإن نواتج احتكاك الخابور مع ثقبه يمكن أن تخرج عن طريق هذا الثقب الموسع. كما أن لهذه الثقوب فائدة أخرى من أجل الخوابير المثبتة بشكل ثابت في صفيحة اللفظ، وباعتبار أن التمدد الحراري في كتلة القالب أكبر منها في صفيحة اللفظ وبالتالي فإن هذه الخوابير تجبر على تغيير مكان توضعها.

 

تصميم خوابير اللفظ

من أجل إطالة عمر اللافظ فإنه يتوج تخفيض الإهتراء بين الخابور والثقب الذي يعمل فيه إلى الحد الأدنى وذلك من أجل تجنب الإهتراء. وهذا يتم ليس فقط عن طريق تقليل مساحة سطح التماس بينهما، ولكن عن طريق إعطاء حرية حركة طفيفة للخابور في مكان توضعه بحيث يستطيع التغلب على التغيرات الطفيفة بالأبعاد.

 

بالعودة إلى الناحية العملية وجد أن توسيع الثقب من الخلف ليس فعالا بشكل كافٍ، وذلك لأنه نستوجب في مثل هذه الحالة أن ينزلق الخابور في المنطقة الساخنة من مجراه والتي فيها أقل خلوص. وقد وجد أنه من الأفضل أن نبرك الثقب بقطر منتظم وإجراء الخلوص على جسم اللافظ نفسه.

 

عند استخدام هذه الأنواع من اللوافظ، فإنه لا يحدث الاحتكاك بين الخابور والثقب المتواجد فيه بالإضافة إلى ميزة وجود ما يسمى بعملية التنظيف الذاتي، حيث أنه عند استخدام خابور ذو قطر منتظم فإن المعدن الناتج عن الإهتراء، والذي يدخل لثقب الخابور، سوف يلجأ إلى السطح بينما بالخابور ذو القطر المنخفض فإن هذه النواتج سوف تدفع للخلف بحيث تسمح لها بالهروب.

 

إن مثل هذا الخلوص، مع أنه يحل مشكلة الاحتكاك بين الخابور والثقب المتوضع فيه، لا يحل المشكلة التي تظهر عن التمدد الحراري بكتلة القالب. وليس هناك مجال للخابور لأن يترك مكانه لأنه مثبت عند مقعده.

 

إن ميزة وجود رأس اللافظ وتثبيت هذا الرأس في صفيحة تساعد في منع الخابور من الانسحاب إلى الخلف. إن رأس اللافظ يمكن أن يشكل من قضيب مصمت وهناك حلول أخرى واردة أيضا. هناك خوابير عيارية من هذه الأنواع وهي متوفرة لدى مصنعي مواد القوالب وهي عبارة عن قضبان بأطوال وأقطار مختلفة ولكل قضيب رأس من كلا الطرفين حيث يتم قصه وبذلك نحصل على خابورين. وليس من الصعب تشكيل الرؤوس بحال استخدام القضبان حيث يمكن استخدام ملزمة بفكين حيث يوجد بين ثقب هذين الفكين. يفضل أحيانا تقسية نهاية اللافظ التي تقوم بعملية اللفظ.

 

اللوافظ ذات الفلنجة تربط بصفيحتين في القالب ويترك خلوص في الثقب الذي سوف يركب به الخابور في هاتين الصفيحتين. تربط الصفيحتين بواسطة برغي في معظم الحالات، ولكنه ليس فعالا دائما، لأن الصدم المتكرر الحادث بالقالب يؤدي لانحلال هذا البرغي. ويمكن جعل البرغي يبرز من سطح الصفيحة ويربط بصامولة غير قابلة للحل. ولكن هذه الفكرة سوف تنقص من طول شوط اللفظ بمقدار سماكة هذه الصامولة، إلا إذا تم تشكيل فراغ بكتلة القالب التي تقابلها لاستيعاب سماكة الصامولة.

 

هنالك حل بديل وهو استخدام صفيحة لفظ وحيدة ويتم باستخدام نفس اللافظ ذو الرأس، ولكن يثبت كل لافظ على حدى بواسطة برغي، وهذا التثبيت هو أمتن من التثبيت بواسطة صفيحتين. وكذلك هنالك إمكانية إخراج كل خابور على حدى لاستبداله حسب الحاجة بدون الحاجة لفك جميع اللوافظ.لكن من سيئات هذه الطريقة ضرورية ضبط ارتفاعات جميع اللوافظ كل على حدى عند اختبار القالب. وبعد وصول حرارته إلى درجة حرارة العمل حيث يتوجب عند حل البراغي قليلا لكي تأخذ توضعها الصحيح. وبعد ذلك تعاد عملية الربط ثانية لأن توضع القوالب لا يكون دقيقا عند كون القالب باردا.

 

تجنب حدوث هصر اللوافظ

إن حدوث هصر للوافظ هو من أهم الأسباب التي تسبب فشل عمل اللوافظ بالإضافة إلى حدوث استعصاء باللوافظ وانحناء بها.

 

يحدث الهصر عندما يتعرض اللافظ إلى مقاومة غير عادية، وكمال على ذلك هو عند حقن المعدن بالقالب وهو ما يزال باردا وهذا يؤدي إلى تقلص المعدن بشكل كبير على الأجزاء الذكرية في الفراغ. فإذا كانت بعض اللوافظ ذات مقطع صغير بحيث يتشكل حمل إضافي على الباقي، وكل مرة يتكرر فيها فشل اللوافظ في أداء عملها، فإن السبب يعود إلى صغر أقطار اللوافظ بالنسبة لأطوالها.

 

يتوجب دائما إبقاء أطوال اللوافظ بأقصر طول ممكن بحيث تتأمن عملية تحرير القطعة المحقونة بسهولة. فإذا كان طول شوط اللفظ اللازم لقطعة معينة هو نصف إنش، فإنه من غير المناسب أن يكون شرط اللفظ الفعلي الموجود بالقالب أكثر من 0.625 إنش، حيث تؤخذ هذه المسافة من خلف كتلة القالب.

كلما قصر طول خابور اللفظ كلما قلب إمكانية تهصره. ومن أجل تقصير أطوال اللوافظ يفضل استخدام صفيحتي لفظ بحيث تكون اللوافظ مثبتة على الصفيحة الأمامية. وكذلك يجب تغيير مكان برغي اللفظ بالآلة الذي سوف يحرك صفيحة اللفظ بحيث يكون بمركز الصفيحة وأبعد ما يكون عن كتلة الذكر.

 

إن أكثر قياسات اللوافظ استخداما هي القطر 3/16 أنش. أما اللافظ ذو القطر 1/8 أنش فإنه يستخدم عندما تكون مساحة الحمل مقيدة. وحتى في القطع الكبيرة فإنه كثيرا ما يستخدم لافظ بقطر أكبر من 3/16 أنش، ويستعاض عنها باستخدام عدد أكبر من اللوافظ عند زيادة مساحة سطح اللافظ. إن قطر النهاية العاملة في اللافظ لا يحتاج دائما لأن يكون بنفس أقطار بقية طول اللافظ حيث أنه من المفيد أن تربط نهاية اللافظ بلافظ ذو قطر أكبر. هذه الطريقة تعطي متانة أكبر للافظ وتساعد في تسريع نسبة التصريف الحراري في القطر الأصغر مع كون مكان تثبيت ذلك اللافظ وفق الأبعاد العيارية. في هذه الحالات، يتوجب تشكيل أقطار أكبر ضمن ثقب اللافظ الفعلي، وذلك من أجل القطر الأكبر للافظ على مرحلتين.

 

بشكل عام فإن اللوافظ المثبتة على صفيحة اللفظ يجب أن تعمل كلها بوقت واحد. لكن هناك حالات يكون فيها من الضروري تقسيم عملية اللفظ على مرحلتين بحيث تبدأ إحداهما العمل بعد انتهاء عمل الأولى. في هذه الحالة من الضروري تأمين وسيلة لفصل المعدن المتشكل بجلبة الحقن. يتم قص المجاري عند البوابات عند عملية لفظ الصفيحة. وبعدها يتم لفظ الصفيحة كلها.

 

من أجل تأمين المتطلبات الأساسية السابقة فإننا نحتاج إلى صفيحتي لفظ. إحداها يركب عليها لوافظ المعدن بمجاري التغذية والثانية يركب عليها لوافظ القطعة المحقونة.

 

اللوافظ ذات المقطع الدائري

 

ينصح استخدام اللوافظ ذات المقطع الدائري نظرا لسهولة تركيبها وطبيعة تثبيتها. ولكن من أجل أشكال معينة، فإننا نضطر لاستخدام لوافظ ذات مقطع غير دائري وذلك من أجل ضمان حدوث عملية لفظ سليمة للقطعة خلال عملية اللفظ. مثل هذه الجدران ذات السماكات الرقيقة حيث أنه إذا كانت سماكة الجدار حوالي 1/16 أنش فإن استخدام لافظ مشابه لشكل المجرى.

 

عمليا، هناك شكلان غير دائريان فعالان قابلان للاستخدام بشكل فرضي وذلك حسب شكل القطعة:

  • النوع الأول هو عبارة عن صفيحة مستطيلة القطع يمكن أن تصنع من أي سماكة وتعمل ضمن مجرى.

  • النوع الثاني فهو سطح مشكل حسب شكل القطعة بحيث يمكن جلخه من جميع الأسطح. مجرى توضعه يجب أن يكون وفق شكل مطابق لشكل اللافظ كما بالحالة الأولى.

 

يتميز هذين النوعين بكون تجميعهما وتشكيل مجاري عملهما سهل، بينما الأشكال الأخرى تحتاج لعمل يدوي كبير من أجل إتمام تنفيذها. وقد ثبت عمليا بأن أفضل أنواع اللوافظ هو النوع الثاني حيث أنه صمم لكي ينزلق من فراغ مشكل بعملية التفريز ضمن كتلة مصمتة. ولكن من الصعب الحصول على هذا السطح المفرز ناعما ودقيق الأبعاد. وكذلك مكان تركيب النوع الثاني صعب التشغيل.

 

اللوافظ القميصية

 

يمكن استخدام اللوافظ القميصية بشكلين:

النوع الأول: تكون النواة فيه مثبتة على الصفيحة الحلقية الثابتة للقالب وتكون هذه النواة ثابتة.

النوع الثاني: تكون النواة فيه مثبتة على جزء متحرك وتكون لها تفريزات على الجوانب. وبعد ذلك يفرز القميص اللافظ من الجوانب لكي يشكل أرجلا وينزلق ضمن المجاري المشكلة بالنواة وفي من أنواع القمصان تستخدم المعادن المناسبة له.

 

يستخدم النوع الأول عندما تكون القطعة ذات شكل أسطواني ومن أجل تبديلها حيث يحل البرغي المثبت للنواة، وينزلق المحور من القميص. يفضل في مثل هذه الحالات استخدام صفيحتي لفظ بين الجزئين اللذين فيهما نهاية الشفة والقميص وهي مناسبة جدا بحال أن القالب ينتج أكثر من قطعة واحدة.

إذا كان القالب يتطلب وجود قميص واحد فإنه يفضل استخدام صفيحة لفظ واحدة لبرغي لفظ القالب من الخلف.

 

في النوع الثاني من اللوافظ القميصية وباعتبار أن النواة تثبت بشكل جاسئ في كتلة القالب. وبالتالي فهناك حرية بسيطة الحركة. بحال الحاجة لاستبدال هذه اللوافظ فإنه يتوجب إخراج النواة بشكل كامل. ويمكن التخلص من هذه المشكلة عن طريق استخدام لافظ قميصي معدل والذي يمكن إخراجه بدون فك النواة. هذه الطريقة تسمح بتسهيل عملية التركيب، وبنفس الوقت تسهل عمليات الصيانة الدورية والتبديل.

 

اللوافظ الحلقية (التي على شكل حلقة)

 

تستخدم الحلقة اللافظة بحال أن المسبوكة تتطلب دعما على كامل محيطها خلال عملية الإخراج من القالب، وهي أكثر ما يستخدم في الحالات التي يشكل فيها فراغ الحقن بأحد أجزاء القالب بشكل كامل مع أن هذه العملية يمكن استخدامها لحدود معينة.

 


نظـام الإغلاق

الشكل (33) آلة حقن يستخدم فيها الطريقة الميكانيكية للإغلاق.

تستخدم طرق متعددة لإغلاق القالب وأحكام هذا الإغلاق، ومن أهم الطرق المستخدمة هي كالتالي:

 

الإغلاق الهيدروليكي: وفيه يتم استخدام أسطوانة هيدروليكية للفتح والإغلاق للجزء المتحرك من القالب بحيث يستمر الضغط الهيدروليكي أثناء الإغلاق ليزود قوة الأطباق.

 

الإغلاق الميكانيكي: حيث تستخدم وسائل ميكانيكة لإغلاق وإحكام إغلاق القالب. يبين الشكل (33) آلة حقن يدوية تستخدم الطريقة الميكانيكية للإغلاق.

 

الإغلاق الهيدروليكي الميكانيكي: ويستخدم فيها الضغط الهيدروليكي بالإضافة إلى أذرع ووصلات ميكانيكية حيث تتحرك هذه الأخيرة بواسطة الأسطوانة الهيدروليكية. هذه الطريقة هي الأكثر استعمالا في الوقت الحالي لأنها تضمن ضغط أطباق مرتفع للقالب.يبين الشكل (34) طريقة الإغلاق الهيدروليكي الميكانيكي. عندما تقوم الأسطوانة الهيدروليكية بضغط المكبس يقوم محور المكبس بدفع ميكانيزمات الإغلاقللأعلى والتي تنفرد (يزداد انفراجها) دافعة بدورها الصفيحة المتحركة للأمام التي تقوم بإطباق جزئي القالب. بعدها يأتي المعدن المحقون ليدخل عن طريق مكبس الحقن إلى داخل فجوة القالب. وعند تجمد المسبوكة يقوم مكبس الأسطوانة بالتراجع حتى يُفتح جزئي القالب ويتم إخراج المسبوكة.

الشكل (34) طريقة الإغلاق الهيدروليكية الميكانيكية

 

حساب استطالة الأعمدة الدليلية في مجموعة الإغلاق

الشكل (35) جهاز قياس استطالة مركب على عمود دليلي. يتألف الجهاز من الأجزاء التالية: 1 – قضيب مقارن، و2– محمل متحرك للقضيب المقارن، و3– محمل ثابت للقضيب المقارن، و4– مؤشر قياس استطالة.

الأعمدة الدليلية تتعرض عند عملية الإغلاق لقوة شد. وقياس هذه الاستطالة يفيد في اختيار (تأسيس)قوة الإغلاق. باعتبار أن قوة الإغلاق تكون موزعة بانتظام على كامل الأعمدة الدليلية الأربعة لدارة الإغلاق، فإن قياس استطالة عمود واحد فقط سيكون كافيا من أجل حساب قوة الإغلاق. من أجل القياس الدقيق لقوة الإغلاق يجب أن تطبق القوة المؤثرة بشكل متساوٍ على الأعمدة الأربعة.

 

القوة التي تؤثر على القضيب (العصا) تحسب كما يلي:

 

وتم الحصول على العلاقة الأولى من قانون مقاومة المواد:

حيث:

  • ΔL: قيمة الاستطالة.

  • L0: الطول الابتدائي بالمم.

  • d: قطر العمود الدليلي ويقاس بالمم.

  • E: عامل المرونة. E=2100000 kp/cm2.

  • F:مساحة مقطع العمود الدليلي وتقاس بـ cm2.


الحسابات التصميمية

ضغوط الحقن وسرع الحقن تعتمد على خصائص القطعة المراد إنتاجها وعلى مادة المسبوكة. بالإضافة إلى هذا العوامل هناك تأثير مسافة انتقال التدفق التي يجب أن يغطيها المعدن، وسماكة جدران المسبوكة، وطريقة السكب.

 

طريقة السكب الأفقية تتطلب ضغوط أعلى من الطريقة العمودية. والضغط الأخفض يكون في حالة الحقن بآلات الحقن بالحجرة الساخنة. لذلك فإن نتائج الضغوط بالنسبة للآلات الثلاثة هي كما يلي:

 

  1. لآلة الحقن بالحجرة الساخنة بين 100 و300 kp/cm2

  2. لآلة الحقن بالحجرة الباردة بين 250 و 2000 kp/cm2

  3. لآلة الحقن بالحجة الباردة العمودية بين 150 و1000kp/cm2

 

ما عدا السبائك النحاسية المستعملة نادرا يتطلب الألمنيوم ضغوط السكب الأعلى، ويسكب الزنك عند ضغط أخفض لكن بسرعة حقن أعلى.

 

مثال مأخوذ من التجارب العملية

سـنعتبر وحدة القياس ضمن القالب هي (kp/cm2).

يمكن أن تحسب استطاعة الآلة إما اعتمادا على الأوزان أو بالمساحة المسقطة (مساحة السباكة). وإذا افترضنا أن المسبوكة التي سنقوم بإنتاجها هي من الألمنيوم وبافتراض أن بيانات السكب هي كما يلي:

 

  • المسبوكة: مساحتها 258cmووزنها 1000gr.

  • قناة التغذية: مساحته 41cmأو يستعيض بالوزن 150gr.

  • الجيوب الهوائية: مساحتها 42cmأو نستعيض بوزن المعدن الذي سيشغلها وهو 140gr.

 

بذلك تكون المساحة الكلية هو مجموع هذه المساحات وهي 341cmوالوزن الكلي 1290gr.

بـالنسبة للآلة المدروسة يكون ضغط الحقن المطلوب تقريبا مساويا 630cm2.

 

حساب قوة الإغلاق للآلة:

قوة الإغلاق = مساحة السباكة × ضغط الحقن المطلوب

 

ومن البيانات التالية تكون قوة الإغلاق:

P = 341 × 630

P = 214.83 tons

 

وحسب العياريات تكون قوة الإغلاق المتاحة مساوية لـ 280tons.

 

حساب هامش الأمان الذي يمنع التوهج:

هامش الأمان هذا ضروري لـضغط الحقن، يمكن أن يزداد في حالات الطوارئ لذلك يجب أن يختار على أخفض قيمة بالإضافة إلى أنه من المستحسن أن لا تشغل الآلة في حالة الإنتاج المستمر تحت حملها الأعظمي لذلك تكون الإحتياطات متوفرة في هذه الحالة.

 

هامش الأمان = قوة الإغلاق المتاحة ÷قوة الإغلاق المطلوبة

= 280 ÷ 214.85              

= 1.3                             

 

اختيار حجرة الحقن المطلوبة:

من الضروري أيضا فحص فيما إذا كان حجرة الحقن متوافقة مع الحجم المطلوب. تختار حجرة الحقن إما في حالة التوافق مع بيانات تقنية أو مع الأوزان العظمى للمسبوكة. لكي تكون حجرة الحقن متوافقة مع الشروط العليا يجب أن يكون قطر حجرة الحقن المطلوبة يساوي 50 مم.

 

حساب قوة الحقن الضرورية:

قوة الحقن = ضغط الحقن × مساحة سطح المكبس

 = p × F                      

= p × d2 × π/4          

= 630 × 52 × π/4      

= 12.5 tons             

 

قوة الحقن المتاحة التي تقع بين 12.5tons و 28tons تكون فعالة لإنجاز قوة الحقن المطلوبة مع القطر الذي تم إختياره للمكبس. ونظرا لوجود وظيفة الحقن المؤازر سيكون من الأفضل اختيار مكبس ذو قطر أكبر.

الشكل (36) مساحة السباكة الصالحة للاستعمال

اختيار مساحة السباكة الصالحة للاستعمال:

إذا كان لدينا المعطيات التالية:

  • p : قوة الحقن ووحدتها هي kp.

  • s : قوة الإغلاق ووحدتها هي kp.

  • d : قطر مكبس الحقن ووحدتها هي cm.

 

والمطلوب حساب ما يلي:

  • P: ضغط الحقن المطلوب ووحدتها هي kp.

  • f: مساحة سطح المكبسووحدتها هي cm2.

  • F: مساحة السباكة الصالحة للاستعمالووحدتها هي cm2.

 

سيكون لدينا انطلاقا من الشكل (36) ما يلي:

مساحة السباكة الصالحة للاستعمال (الفعالة) = مساحة المسبوكة + مساحة قناة التغذية + مساحة مجاري الصب

Usable shot area = surface of casting + surface of sprue + surface of runners

F = Fr + FA + Fu

ويكون:

ضغط الحقن المطلوب = قوة الحقن \ مساحة سطح المكبس

P = p / f

f = d2 × π / 4

P = p × 4 / (d2 × π) [kp/cm2]

وتكون:

المساحة الصالحة للاستعمال = قوة الإغلاق \ ضغط الحقن المطلوب


وبتعويض العلاقتين السابقتين نحصل على المعادلة التالية:

المساحة السباكة الصالحة للاستعمال = قوة الحقن مساحة سطح المكبس \ قوة الإغلاق

F = S × f / p

هذه المعادلة تعبر عن العلاقة بين مساحة السباكة الصالحة للاستعمال وقوة الإغلاق ومساحة سطح مكبس الحقن وقوة الحقن.

 

حساب وزن المسبوكة الأعظمي

الشكل (37) مسافة انتقال المكبس مع البروز الأضافي

من أجل آلة الحقن بالحجرة الباردة وذات الحقن الأفقي يكون:

وزن المسبوكة = وزن القطعة المسبوكة + مجرى المصب

الوزن الأعظمي للمسبوكة تؤخذ اعتمادا على ملئ حجرة الحقن آخذين بعين الإعتبار الحقيقة التالية: أن فجوة القالب تملأ فقط بـ 2/3 من الحجم الكلي.

وعلى ذلك يكون وزن المسبوكة:

حـيث:

 

  • γالوزن النوعي للمسبوكة.
  • Dقطر حجرة الحقن (مكبس الحقن).
  • hالمسافة التي يقطعها مكبس الحقن، انظر الشكل (37).

وتختلف قيمة γ بحسب نوع المسبوكة كما يلي: 

 

نوع المـسبوكة

الوزن النوعي ( γ )

المغنزيوم

1.8 kg/cm2

الألمنيوم

2.7 kg/cm2

الزنك

6.7 kg/cm2

النـحاس

8.5 kg/cm2

 

حساب تدفق مضخة الضغط العالي

إذا كانت سعة المدخرة معروفة فالكمية المتدفقة من قبل المضخة يمكن أن تحسب حسب المعادلة التالية:

أي:

تدفق مضخة الضغط العالي = تدفق المدخرة \ زمن شحن المدخرة

ونستطيع حساب التدفق من العلاقة التالية:

Q = V × S [m3 / s]

حيث:

  • S: مساحة مقطع الأنبوب.

  • V: سرعة الزيت ضمن الأنابيب.

 


الدارة الهيدروليكية لعملية الحقن

الشكل (38) مخطط عملية الحقن

عملية الحقن في آلة الحقن بالحجرة الباردة تتم على ثلاث مراحل كما ذكرنا سابقا والشكل (38) يبين مخطط لدارة الحقن لآلة حقن بالحجرة الباردة وتتم العملية كما يلي:

 

الميكانيزم يتألف من اسطوانة الحقن 3، مكبس 4، موزع 10، محور المكبس 11، مدخرة 7، ذراع إرجاع 9، ذراع تحويل 8، اسطوانة غاز مدخرة 5 ودفاش 12.

 

اسطوانة غاز المدخرة متوضعة بشكل شاقولي ومركبة على اسطوانة الكبس 1.

محور مكبس المدخرة 7 الذي يتصل بشكل غير مباشر مع اسطوانة الكبس 3 التي عن طريقها يتم تحقيق المرحلة الثانية والثالثة للحقن، والمرحلة الأولى تتحقق عن طريق وصول سائل الضغط من المضخة من خلال الفتحة A (وفق الرسم).

 

يتم عيار مفتاح التوزيع 6 (الصمام 6) يدويا والذي من خلاله يمكننا التحكم بسرعة الحقن وبتعيير مفتاح التوزيع 8 نستطيع عيار زمن الحقن. الدفاش 12 يسمح بالتحكم بمجال حركة محور المكبس 11 ونقطة لحظة بداية الحركة.

 

الدراة الهيدروليكية

الشكل (39) الدارة الهيدروليكية لنظام الحقن

ميكانيزم حركة الحقن يتألف من اسطوانة الحقن 1 وبداخلها كباس متحرك 2 ويتصل معها بشكل محوري اسطوانة كباس آخر 3 وبداخله كباس 10 كما يتصل معها اسطوانة غاز المدخرة 11 والتي من خلالها تتم المرحلة الثانية والثالثة للحقن الشكل (39).

 

قبل عملية الحقن نقوم بتحريك الصمام الهيدروليكي 14. فيتدفق السائل العامل القادم من المضخة إلى المكبس، وعبر طريق العودة للصمام المكبسي 15 يخرج سائل المكبس إلى خزان الآلة. في هذه الحالة ذراع المكبس يتحرك بشكل غير كبير(بين 0.2m/c و 0.3m/c) وهذه هي المرحلة الأولى للحقن.

 

بتحريك الصمام 13 يتم فتح صمام مكبسي 12 مم يؤدي لمرور السائل الموجود في اسطوانة الغاز المدخرة 11 بالدخول إلى اسطوانة الحقن عبر الصمام المكبسي 16 والذي من خلال عياره يدويا يمكننا التحكم بسرعة الحقن.

 

قبل الانتهاء من ملء قالب السباكة بالمعدن المسبوك يتم فتح الصمام المكبسي 4 عن طريق الصمام 9 وهذا يؤدي إلى دخول السائل عبر الفجوة B والذي يؤدي إلى حركة المكبس 10 حيث السائل الموجود خلفه يدخل إلى المدخرة 5 عن طريق A مما يؤدي إلى ارتفاع المكبس 6، بعدها يغلق خط العودة للصمام المكبسي 16 ويتحرك المكبس 10 ويضغط السائل داخل اسطوانة الحقن 1 ويؤدي إلى رفع الضغط الهيدروليكي في مكبس الحقن وهذا يعطي المرحة الثالثة للحقن.

 

بعد تجمد المسبوكة يفتح الصمام 9 يغلق الصمام 4 فيفتحان المجال أمام اسطوانة الحقن بالتراجع إلى وضعها الأولي ويتم فتح القالب وإخراج المسبوكة.

 

حساب عناصر الدارة الهيدروليكية

تحكم الأسطوانة البسيطة تحكم الأسطوانة المزدوجة

الشكل (40) تحكم الأسطوانة المزدوجة البسيطة

حساب قوة المكبس العامل:

P = p × f ...[kgf]

حيث:

  • f: السطح الفعال ووحدتها [cm2].

  • p: ضغط النظام ووحدتها [kgf/cm2].

 

  1. استهلاك الزيت للإسطوانة العاملة:

Qz = f × h ...[cm3]

حيث:

  • f: السطح الفعال ووحدتها [cm2].

  • h: مسافة انتقال المكبس ووحدتها [cm].

 

  1. حساب سرعة المكبس العامل (سرعة تيار الزيت في الأنبوب):

حيث:

  • QP : الحجم المصروف من المضخة ووحدتها [min–1].

  • f : السطح الفعال. (f:المقطع العرضي للأنبوب بالـ cm2).

 

  1. حساب طاقة المضخة الهيدروليكية:

حيث:

  • η 0.8 : المردود.

  • P : ضغط التشغيل ووحدتها [min–1].

  • QP : الحجم المصروف من المضخة ووحدتها [min–1].

  •  
  1. عدد ضربات المكبس في الدقيقة:

حيث:

  • QP: الحجم المصروف من المضخة ووحدتها [min–1].

  • QZ: الزيت المستهلك من كامل الأسطوانات العاملة ووحدتها [min–1].

 

خصائص خلائط قوالب الصب

الخـاصية

الزنك

المغنزيوم

النـحاس الأصفر

الألمنيوم

استقرار الأبعاد

جيد

ممتاز

ممتاز

جيد

مقاومة الصدأ

وسط

وسط

ممتاز

جيد

سهولة الصب

ممتاز

جيد

وسط

جيد

تعقيد الشكل

ممتاز

جيد

وسط

جيد

دقة الأبعاد

ممتاز

ممتاز

وسط

جيد

كلفة الصب

قليل

وسط

عالي

وسط

كلفة التشغيل

قليل

قليل

وسط

قليل

كلفة الأنهاء

قليل

عالي

قليل

وسط

 

عمليات الإنتاج المثلى

نوع الآلة

الزنك

المـغنزيوم

النـحاس الأصفر

الألمنيوم

بالحجرة الساخنة

نعم

نعم

لا

لا

بالحجرة الباردة

نعم

نعم

نعم

نعم

معدل الإنتاج
قطعة \ دقيقة

بين 200 و550

بين 75 و 400

بين 40 و 200

بين 40 و 200

 

الخواص الميكانيكية المثالية

الخـاصية

الزنك

المغنزيوم

النـحاس الأصفر

الألمنيوم

مقاومة الشد

(1000 PSI)

41

34

55

47

مقاومة الصدم

(1000 PSI)

--

23

30

23

مقاومة القص

(1000 PSI)

31

20

37

28

مقاومة التعب

(1000 PSI)

7

14

25

20

الاستطالة

Pct in2 in

10

3.0

15

3.5

القساوة

(brinell)

82

63

91

80

الوزن

Lb / cu. in.

0.24

0.07

0.305

0.1

نقطة الانصهار السائلة

728

1105

1670

1100

الناقلية الحرارية

(CGS)

0.27

0.16

0.21

0.23

التمدد الحراري

./in./ In

15.2

15.0

12.0

12.1

معامل المرونة

--

6.5

15

10.3

 

الأوزان النسبية للمعادن

المعدن

الوزن النوعي

الوزن النسبي

Lb/cu in.

Lb / cu ft

سبائك المغنزيوم

1.8

1.0

0.065

112

سبائك الألمنيوم

2.8

1.6

0.101

175

الزنك

7.1

3.6

0.256

442

حديد الصب

7.2

4.0

0.260

450

قصدير

7.3

4.1

0.264

456

فولاذ

7.9

4.4

0.285

493

نحاس أصفر

8.5

4.7

0.307

531

برونز

8.8

7.9

0.318

550

نيكل

8.9

4.9

0.322

556

نحاس

8.9

4.9

0.323

559

رصاص

11.3

6.3

0.408

706

 


كلمة شكر

أريد أن أتقدم بالشكر الخالص للدكتور المهندس عبد الوهاب الوتار الذي لم يألُ جهدا في إنجاز هذا العمل المتواضع وتعاونه الكامل، والأستاذ زهير سعيّد الذي لن أنسى مساعدته الكريمة وصدره الرحب وخلقه الرفيع.

 


إهداء

إلى سيد المرسلين سيدنا محمد صلى الله عليه وسلم.

 

إليك يا أبي.... غمَّدَك الله ُ برحمته وأسكنك فسيح جنانه.... آمين...

..... اسمك لن يفارق خاطري ما حييت

..... وصوتك ما يزال يعيش ُ في مخيلتي الصغيرة

..... أرجو ألا أنتظر كثيرا حتى ألقاك..

 

إلى أمي..... طيبة ٌ مليئة ٌ بالحنان....

إلى........ جميع أخوتي وأخواتي

 


معلومات عن المشروع

المؤسسة

كلية الهندسة الميكانيكية والكهربائية
 قسم التصميم والإنتاج
دبلوم أتمتة الإنتاج
العام الدراسي 2005 - 2006

logo

تأليف

المهندس إبراهيم حسين أحمد

البريد الإليكتروني

 عنوان البريد الإلكتروني هذا محمي من روبوتات السبام. يجب عليك تفعيل الجافاسكربت لرؤيته.

إشراف

الدكتور المهندس عبد الوهاب الوتار

نوع البحث

مشروع أعُد لنيل درجة الدبلوم في الهندسة الميكانيكية

الملفات

النسخة الأصلية بصيغة pdf

  


المـراجع

 

المراجع العربية

 

  1. سباكة المعادن في النظرية والتطبيق. تأليف: الدكتور المهندس: فؤاد عازر، الدكتور المهندس: مازن يعقوب.

 

المراجع الأجنبية

 

  1. E.J.Vinarcik - High integrity die casting processes

  2. die casting - herman

  3. wotan-weke GMBH. 4000 Düsseldorf 1. w. Germany. poltfach 8725.Am trippelsberg

 

المواقع الالكترونية

 

  1. www.diecasting.com

  2. www.diecasting.org/faq

  3. www.beta-online.com

  4. www.manufacturers.com

  5. www.kineticdiecasting.com

  6. www.moderndiecasting.com

  7. www.encarta encyclopedia.net

  8. beta die casting equipment

  9. Quantum machinery international inc.

  10. PacMar Cold Chamber Die Casting Machines

  11. PW PRO-WIN MACHINERY CO.LTD.

  12. www.lpmie.net

  13. Hishinuma Magnesium

  14. ghanshyam engineering co.


     

أضف تعليق


كود امني
تحديث


Go to top