مقدمة لعملية صب الصمامات

يُعد صب جسم الصمام جزءًا أساسيًا من عملية تصنيعه، وتعتمد جودة صبه على جودته. فيما يلي شرح لبعض طرق الصب الشائعة الاستخدام في صناعة الصمامات:

صب الرمل:

يمكن تقسيم صب الرمل المستخدم عادة في صناعة الصمامات إلى رمل أخضر ورمل جاف ورمل زجاج الماء ورمل ذاتي التصلب من راتنج الفوران وفقًا للموثقات المختلفة.

(1) الرمل الأخضر هو عملية تشكيل باستخدام البنتونيت كمادة رابطة.

ومن خصائصها:لا يحتاج قالب الرمل النهائي إلى تجفيف أو تصلب، ويتميز بقوة رطوبة معينة، كما أن قلب الرمل وهيكل القالب يتميزان بعائد جيد، مما يسهل تنظيف وتفريغ المسبوكات. كفاءة إنتاج القالب عالية، ودورة الإنتاج قصيرة، وتكلفة المواد منخفضة، ويسهل تنظيم إنتاج خط التجميع.

ومن عيوبها:إن المسبوكات معرضة للعيوب مثل المسام وشوائب الرمل والالتصاق الرملي، كما أن جودة المسبوكات، وخاصة الجودة الجوهرية، ليست مثالية.

جدول نسب وأداء الرمل الأخضر المستخدم في صب الفولاذ:

(2) الرمل الجاف هو عملية تشكيل باستخدام الطين كمادة رابطة. إضافة القليل من البنتونيت يُحسّن من متانته عند البلل.

ومن خصائصها:يجب تجفيف قالب الرمل، وله نفاذية هواء جيدة، ولا يتعرض للعيوب مثل غسل الرمل، والالتصاق الرملي، والمسام، كما أن الجودة المتأصلة للصب جيدة.

ومن عيوبها:ويتطلب معدات تجفيف الرمل ودورة الإنتاج طويلة.

(3) رمل الزجاج المائي هو عملية نمذجة باستخدام الزجاج المائي كمادة رابطة. يتميز بخاصية التصلب التلقائي عند تعرضه لثاني أكسيد الكربون، وله مزايا عديدة في النمذجة وصنع اللب باستخدام طريقة التصلب الغازي، إلا أنه يعاني من عيوب مثل ضعف قابلية طي غلاف القالب، وصعوبة تنظيف رمل المسبوكات، وانخفاض معدل تجديد وإعادة تدوير الرمل القديم.

جدول نسب وأداء رمل تصلب الماء الزجاجي بثاني أكسيد الكربون:

(4) صب الرمل ذاتي التصلب باستخدام راتنج الفوران هو عملية صب باستخدام راتنج الفوران كمادة رابطة. يتصلب رمل الصب نتيجة التفاعل الكيميائي للمادة الرابطة تحت تأثير عامل المعالجة في درجة حرارة الغرفة. ومن مميزاته عدم الحاجة إلى تجفيف قالب الرمل، مما يُختصر دورة الإنتاج ويوفر الطاقة. يتميز رمل صب الراتنج بسهولة ضغطه وخصائص تفكك جيدة. كما يتميز رمل صب المسبوكات بسهولة تنظيفه. وتتميز المسبوكات بدقة أبعاد عالية وتشطيب سطحي ممتاز، مما يُحسّن جودة المسبوكات بشكل كبير. ومن عيوبه: ارتفاع متطلبات جودة الرمل الخام، ورائحة نفاذة خفيفة في موقع الإنتاج، وارتفاع تكلفة الراتنج.

نسبة وعملية خلط خليط رمل راتنج الفوران بدون خبز:

عملية خلط رمل راتنج الفوران ذاتي التصلب: يُفضل استخدام خلاط رمل مستمر لإنتاج رمل راتنج ذاتي التصلب. يُضاف الرمل الخام والراتنج ومادة المعالجة، وما إلى ذلك، بالتسلسل ويُخلط بسرعة. يمكن خلطه واستخدامه في أي وقت.

ترتيب إضافة المواد الخام المختلفة عند خلط رمل الراتنج هو كما يلي:

الرمل الخام + عامل المعالجة (محلول مائي من حمض البارا تولوين سلفونيك) – (120 ~ 180S) – الراتنج + السيلان – (60 ~ 90S) – إنتاج الرمل

(5) عملية إنتاج الصب الرملي النموذجية:

الصب الدقيق:

في السنوات الأخيرة، أولت شركات تصنيع الصمامات اهتمامًا متزايدًا بجودة المظهر ودقة أبعاد المسبوكات. ولأن المظهر الجيد هو المطلب الأساسي للسوق، فهو أيضًا معيار تحديد المواقع في المرحلة الأولى من التصنيع.

الصب الدقيق المستخدم بشكل شائع في صناعة الصمامات هو الصب الاستثماري، والذي يتم تقديمه بإيجاز على النحو التالي:

(1) طريقتان لعملية صب المحلول:

① باستخدام مادة القالب القائمة على الشمع منخفض الحرارة (حمض دهني + بارافين)، حقن الشمع منخفض الضغط، غلاف زجاجي مائي، إزالة الشمع بالماء الساخن، عملية الصهر والصب الجوي، تستخدم بشكل أساسي في الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك المصبوب مع متطلبات الجودة العامة، يمكن أن تصل دقة أبعاد الصب إلى المعيار الوطني CT7 ~ 9.

② باستخدام مادة القالب القائمة على الراتنج متوسط درجة الحرارة، وحقن الشمع عالي الضغط، وقشرة قالب سول السيليكا، وإزالة الشمع بالبخار، وعملية الصب السريع بالذوبان الجوي أو الفراغي، يمكن أن تصل دقة أبعاد الصب إلى صب دقيق CT4-6.

(2) التدفق النموذجي لعملية الصب الاستثماري:

(3) خصائص الصب الاستثماري:

①يتميز الصب بدقة أبعاد عالية وسطح أملس وجودة مظهر جيدة.

② من الممكن صب أجزاء ذات هياكل وأشكال معقدة يصعب معالجتها بعمليات أخرى.

③ مواد الصب ليست محدودة، مواد السبائك المتنوعة مثل: الفولاذ الكربوني، الفولاذ المقاوم للصدأ، الفولاذ السبائكي، سبائك الألومنيوم، سبائك درجات الحرارة العالية، والمعادن الثمينة، وخاصة مواد السبائك التي يصعب تشكيلها ولحامها وقطعها.

④ مرونة إنتاجية ممتازة وقدرة عالية على التكيف. يمكن إنتاجه بكميات كبيرة، ومناسب لإنتاج قطعة واحدة أو دفعات صغيرة.

⑤ للصب الاستثماري بعض القيود، مثل: تعقيد عملية الصب وطول دورة الإنتاج. ونظرًا لمحدودية تقنيات الصب المستخدمة، فإن قدرتها على تحمل الضغط لا يمكن أن تكون عالية جدًا عند استخدامها في صب مصبوبات الصمامات الرقيقة المقاومة للضغط.

تحليل عيوب الصب

أي مسبوكة ستحتوي على عيوب داخلية، ووجود هذه العيوب يُشكل خطرًا كبيرًا على جودتها الداخلية، كما أن إصلاح اللحام لإزالة هذه العيوب في عملية الإنتاج يُشكل عبئًا كبيرًا عليها. الصمامات، على وجه الخصوص، مصبوبات رقيقة القشرة تتحمل الضغط ودرجة الحرارة، ويُعدّ تماسك بنيتها الداخلية أمرًا بالغ الأهمية. لذلك، تُصبح العيوب الداخلية للمصبوبات العامل الحاسم الذي يؤثر على جودتها.

تشمل العيوب الداخلية لمصبوبات الصمامات بشكل أساسي المسام، وشوائب الخبث، ومسام الانكماش، والشقوق.

(1) المسام:المسامات تنشأ بواسطة الغاز، ويكون سطح المسام أملس، وتتكون داخل سطح الصب أو بالقرب منه، وأشكالها غالباً ما تكون دائرية أو مستطيلة.

المصادر الرئيسية للغاز التي تولد المسام هي:

① يتم احتواء النيتروجين والهيدروجين المذاب في المعدن داخل المعدن أثناء تصلب الصب، مما يشكل جدران داخلية مغلقة دائرية أو بيضاوية ذات بريق معدني.

②تتحول الرطوبة أو المواد المتطايرة في مادة القالب إلى غاز بسبب التسخين، مما يؤدي إلى تشكيل مسام ذات جدران داخلية بنية داكنة.

③ أثناء عملية صب المعدن، بسبب التدفق غير المستقر، يشارك الهواء في تكوين المسام.

طريقة الوقاية من عيب الثغر:

① في عملية الصهر، يجب استخدام المواد الخام المعدنية الصدئة بأقل قدر ممكن أو لا تستخدمها على الإطلاق، ويجب خبز الأدوات والمغارف وتجفيفها.

②يجب أن يتم صب الفولاذ المنصهر في درجة حرارة عالية وصب في درجة حرارة منخفضة، ويجب تخدير الفولاذ المنصهر بشكل صحيح لتسهيل تعويم الغاز.

③ يجب أن يعمل تصميم عملية الرفع بالصب على زيادة رأس الضغط للفولاذ المنصهر لتجنب احتباس الغاز، وإنشاء مسار غاز اصطناعي للعادم المعقول.

④يجب أن تتحكم مواد القالب في محتوى الماء وحجم الغاز، وزيادة نفاذية الهواء، ويجب خبز قالب الرمل ونواة الرمل وتجفيفهما قدر الإمكان.

(2) تجويف الانكماش (فضفاض):هو تجويف (تجويف) متماسك أو غير متماسك، دائري أو غير منتظم، يظهر داخل الصب (خاصةً عند النقطة الساخنة)، ذو سطح داخلي خشن ولونه داكن. حبيبات بلورية خشنة، غالبًا على شكل شجيرات، متجمعة في مكان واحد أو أكثر، معرضة للتسرب أثناء الاختبار الهيدروليكي.

سبب انكماش التجويف (الرخاوة):يحدث انكماش الحجم عند تصلب المعدن من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة. إذا لم يكن هناك تجديد كافٍ للفولاذ المنصهر في هذه المرحلة، فسيحدث تجويف انكماش حتمًا. وينتج تجويف انكماش مصبوبات الفولاذ أساسًا عن سوء التحكم في عملية التصلب المتتالية. قد تشمل الأسباب إعدادات غير صحيحة للرافعة، وارتفاع درجة حرارة صب الفولاذ المنصهر، وانكماشًا كبيرًا في المعدن.

طرق منع تجاويف الانكماش (الرخاوة):① تصميم نظام صب المسبوكات علميًا لتحقيق التصلب المتسلسل للفولاذ المنصهر، ويجب تجديد الأجزاء التي تتصلب أولاً بالفولاذ المنصهر. ② ضبط الناهض، والدعم، والحديد البارد الداخلي والخارجي بشكل صحيح ومعقول لضمان التصلب المتسلسل. ③ عند صب الفولاذ المنصهر، يكون الحقن العلوي من الناهض مفيدًا لضمان درجة حرارة الفولاذ المنصهر والتغذية، وتقليل حدوث تجاويف الانكماش. ④ من حيث سرعة الصب، يكون الصب منخفض السرعة أكثر ملاءمة للتصلب المتسلسل من الصب عالي السرعة. ⑸ يجب ألا تكون درجة حرارة الصب مرتفعة جدًا. يُخرج الفولاذ المنصهر من الفرن بدرجة حرارة عالية ويُسكب بعد التخدير، مما يساعد على تقليل تجاويف الانكماش.

(3) شوائب الرمل (الخبث):شوائب الرمل (الخبث)، المعروفة عادةً بالبثور، هي ثقوب دائرية أو غير منتظمة متقطعة تظهر داخل المصبوبات. تُخلط هذه الثقوب برمل الصب أو خبث الفولاذ، بأحجام غير منتظمة، وتتجمع فيها. تظهر في مكان واحد أو أكثر، وغالبًا ما يكون أكثرها في الجزء العلوي.

أسباب دخول الرمل (الخبث):يحدث تراكم الخبث نتيجة دخول خبث الفولاذ المنفصل إلى الصب مع الفولاذ المنصهر أثناء عملية الصهر أو الصب. ويحدث تراكم الرمل نتيجة عدم إحكام تجويف القالب أثناء الصب. عند صب الفولاذ المنصهر في تجويف القالب، يجرف الفولاذ المنصهر رمل الصب ويدخل داخل الصب. كما أن سوء التشغيل أثناء التشذيب وإغلاق الصندوق، وظاهرة تساقط الرمل، من أسباب تراكم الرمل.

طرق منع تراكم الرمال (الخبث):① عند صهر الفولاذ المنصهر، يجب تفريغ العادم والخبث بشكل كامل قدر الإمكان. ② حاول عدم قلب كيس صب الفولاذ المنصهر، ولكن استخدم كيس إبريق الشاي أو كيس صب سفلي لمنع الخبث الموجود فوق الفولاذ المنصهر من دخول تجويف الصب مع الفولاذ المنصهر. ③ عند صب الفولاذ المنصهر، يجب اتخاذ تدابير لمنع الخبث من دخول تجويف القالب مع الفولاذ المنصهر. ④ لتقليل احتمالية دخول الرمل، تأكد من إحكام قالب الرمل عند النمذجة، واحرص على عدم فقدان الرمل عند التشذيب، ونفخ تجويف القالب جيدًا قبل إغلاق الصندوق.

(4) الشقوق:معظم الشقوق في المسبوكات هي شقوق ساخنة، ذات أشكال غير منتظمة، نافذة أو غير نافذة، مستمرة أو متقطعة، ويكون المعدن الموجود في الشقوق داكن اللون أو به أكسدة سطحية.

أسباب الشقوق، أي الإجهاد الناتج عن درجات الحرارة المرتفعة وتشوه الفيلم السائل.

الإجهاد الناتج عن درجات الحرارة العالية هو الإجهاد الناتج عن انكماش وتشوه الفولاذ المصهور عند درجات حرارة عالية. عندما يتجاوز الإجهاد حد القوة أو التشوه اللدن للمعدن عند هذه الدرجة، تحدث الشقوق. تشوه الغشاء السائل هو تكوّن غشاء سائل بين حبيبات البلورات أثناء عملية تصلب وتبلور الفولاذ المصهور. مع تقدم التصلب والتبلور، يتشوه الغشاء السائل. عندما يتجاوز مقدار وسرعة التشوه حدًا معينًا، تتكون الشقوق. يتراوح نطاق درجة حرارة الشقوق الحرارية بين 1200 و1450 درجة مئوية تقريبًا.

العوامل المؤثرة على الشقوق:

① عناصر S و P في الفولاذ هي عوامل ضارة للشقوق، وتفاعلها مع الحديد يقلل من قوة ومرونة الفولاذ المصبوب في درجات الحرارة العالية، مما يؤدي إلى ظهور الشقوق.

② يؤدي إدراج الخبث وانفصاله في الفولاذ إلى زيادة تركيز الإجهاد، وبالتالي زيادة ميل التشقق الساخن.

③ كلما زاد معامل الانكماش الخطي لنوع الفولاذ، زاد ميل التشقق الساخن.

④ كلما زادت الموصلية الحرارية لنوع الفولاذ، زاد التوتر السطحي، وكانت الخصائص الميكانيكية في درجات الحرارة العالية أفضل، وقل ميل التشقق الساخن.

⑤ التصميم الهيكلي للصب ضعيف في قابلية التصنيع، مثل الزوايا المستديرة الصغيرة جدًا، والتفاوت الكبير في سمك الجدار، وتركيز الإجهاد الشديد، مما يؤدي إلى حدوث شقوق.

⑥إن ضغط قالب الرمل مرتفع للغاية، كما أن العائد الضعيف للنواة يعيق انكماش الصب ويزيد من ميل الشقوق.

⑦البعض الآخر، مثل الترتيب غير السليم للرافعة، والتبريد السريع جدًا للصب، والإجهاد المفرط الناجم عن قطع الرافعة والمعالجة الحرارية، وما إلى ذلك، سوف يؤثر أيضًا على تكوين الشقوق.

وفقا لأسباب وعوامل التأثير على الشقوق المذكورة أعلاه، يمكن اتخاذ التدابير المناسبة لتقليل وتجنب حدوث عيوب الشقوق.

بناءً على التحليل أعلاه لأسباب عيوب الصب، واكتشاف المشاكل الموجودة واتخاذ تدابير التحسين المقابلة، يمكننا إيجاد حل لعيوب الصب، مما يؤدي إلى تحسين جودة الصب.