مقدمه
در میان انواع فلزات و آلیاژ های ریختگی،چدنها بیشترین مقدار مصرف را دارا بوده و اندوخته های علمی و تجربی درباره آنها نیز بسپارند.
برای آنان که در ارتباط مستقیم و غیر مستقیم با ساخت قطعات چدنی هستند این احساس وجود دارد که چدن ریز در مقایسه با دیگر فلزات ریختگی روش ساده‌ای است. چنانچه این موضوع نیز واقعیت داشته باشد ، بهرحال تولید قطعات ریختگی چدنی با کیفیت سطحی خوب و با حداقل معایب انقباضی داخلی و خارجی آنقدرها هم ساده نخواهد بود.
کیفیت هر محصول تولید ریشه در نیاز و فرهنگ آن جامعه دارد. کشوری که متکی به سیستم حمل و نقل دستی است، می‌تواند قطعات ریختگی با کیفیت نازل را پذیرا باشد، در حالیکه در سیستم‌های حمل و نقل ماشینی که قطعات تحت شرائط فیزیکی و مکانیکی حساس قرار می‌گیرند، بحث‌های مربوط به کیفیت متالوژیکی مذاب و بررسی رفتاری قطعات تحت عوامل دینامیکی – محیطی نیز مطرح می‌گردند. افزایش سرعت سیستم‌های حمل و نقل نظیر صنایع هواپیمائی، مسائل نو دیگری نظیر عمر قطعات تحت شرائط دینامیکی بحرانی در درجات حرارتی بالا و پائین و در محیط‌های خاص را مطرح می‌سازد. همچنین حضور استانداردهای ملی در هر کشوری بمنظور حفظ منافع جامعه و صرفه جویی در مصرف منابع طبیعی کشور نیز از عوامل تعیین کننده تعریف مشخصه‌های قطعات صنعتی می‌باشد. برای مثال اگر چه در گذشته دریچه‌های آب را از چدنهای خاکستری می‌ساختند، امروزه به دلایل ایمنی عابرین این نوع قطعات را از چدن با گرافیت کروی می‌سازند.
فشار و سرعت در راهگاههای فرعی
بطور کلی دو نوع سیستم راهگاهی از نظر فشار روی مذاب و سرعت جریان مذاب وجود دارد.
سیستم فشاری و سیستم غیر فشاری. ویژگی سیستم فشاری آن است که سرعت سیلان مذاب در راهگاه فرعی طبقه رابطه و بر مبنای کل ارتفاع فرواستاتیکی مذاب در قالب تعیین می‌شود، در حالی که در سیستم غیر فشاری عامل تعیین کننده این سرعت ارتفاع مذاب در راهگاههای فرعی می‌باشد که کاملاً مذاب پرنباشند. از طرف دیگر سیستم راهگاهی را هنگامی فشاری می‌گویند که کنترل میزان مذاب ورودی به محفظه قالب توسط سطح مقطع بین راهگاه اصلی و همه راهگاههای فرعی انجام گیرد. در این سیستم مجموع سطوح مقاطع راهگاههای فرعی کمتر از سطح مقطع بارریز می‌باشد.
در سیستم غیرفشاری کنترل میزان مذاب ورودی به محفظه قالب توسط سطح مقطع تحتانی راهگاه بارریز و قسمتی از راهگاه اصلی که در مجاورت راهگاه بارریز قرار دارد انجام می‌گیرد. در این سیستم مجموع سطوح مقاطع راهگاههای فرعی از سطح مقطع راهگاه بارریز بیشتر بوده و در نتیجه فشار مذاب در راهگاه بارریز گرفته می‌شود.
با توجه به آنچه که در فوق گفته شد، طبق رابطه برنولی در سیستم فشاری ، فشار روی مذاب در راهگاههای فرعی بایستی فشار آتمسفر باشد. به بیان دیگر فشار اضافی روی مذاب موجود در راهگاه فرعی اعمال نشده یعنی راهگاههای فرعی غیر فشاری هستند.
در عمل این شرائط هنگامی تحقق می‌یابند که ارتفاع فرواستاتیکی کوتاه باشد. در غیر اینصورت مذاب در حال جریان در تحت فشاری بیشتر از فشار آتمسفر بوده رابطه اما سرعت جریان مذاب در راهگاه فرعی کمتر از مقداری است که در سیستم فشاری معمولی می‌باشد.
مطالعات تجربی آزمایشگاهی نشان داده‌اند که رابطه برای هر سیستم راهگاهی معتبر نیست. حداقل ارتفاع راهگاه فرعی از مقدار اشاره شده در این رابطه معمولاً بیشتر می‌باشد. همچنین این مقدار بستگی به شکل، محل قرار گرفتن راهگاه فرعی و دیگر متغیرها دارد.
مشخص کردن نوع سیستم راهگاهی از طریق مشخصات فشار موجود در سیستم گمراه کننده می‌باشد. بطور کلی هنگامی سیستم را غیر فشاری می‌گویند که کنترل مذاب در سیستم راهگاهی بوسیله راهگاه بارریز / راهگاه اصلی انجام گیرد، در حالی که در سیستم فشاری این مهم بوسیله راهگاه فرعی / راهگاه اصلی انجام می‌پذیرد.
محاسبات سیستم‌های راهگاهی
طراحی و محاسبات سیستم‌های راهگاهی بدون آشنائی به مبانی فیزیک و متالوژی چنانچه غیر ممکن نباشد حداقل بسیار مشکل است. لذا علاوه بر مطالعه بخش اول این کتاب، آشنائی با اصول سیستم‌های راهگاهی و تغذیه گذاری در منابع مراجعه آمده‌اند نیز ضروری می‌باشد.
مطالب ارائه شده در بخش‌های آتی براین فرض قرار دارند که خواننده آشنائی با اصول فوق را بهمراه دانش اولیه مبانی متالوژی و ریخته‌گری چدنها دارا می‌باشد. همچنین ذکر این نکته ضروری است که اگر چه طراح قطعات ریختگی با آشنائی با اصول ارائه شده در این کتاب می‌تواند نوع سیستم راهگاهی و تغذیه گذاری مناسب برای قطعات مورد نظر خود را انتخاب کند، معهذا دستیابی به بهترین طرح ممکن با توجه به تکنولوژی تولیدی انتخاب شده، نوع چدن و متغیرهای دیگر ریخته گری نیاز به کوشش، ممارست و تجربه دارد. لذا توصیه می‌گردد که طراح قطعات قبل از انجام محاسبات لازم، ابتداء وقت کافی برای تهیه اسکیس طرح‌های مختلف راهگاهی و تغذیه برای هر قطعه (یا سری قطعات در قالب گیری ماشینی) اختصاص داده و پس از بررسی معایب و محاسن هر طرح نسبت به انتخاب طرح نهائی اقدام کند.
در روش قالب گیری ماشینی مواردی دیده شده که برای پرهیز از مخارج زیاد تهیه تعدادی مدل مشابه، قطعات با اشکال مختلف را روی یک صفحه مدل قرار می‌دهند. این عمل (به استثناء موارد خاص) توصیه نمی‌گردد زیرا تنوع قطعات ریختگی در یک قالب طراحی سیستم راهگاهی و تغذیه برای هر قطعه (یا سری قطعات در قالب گیری ماشینی) اختصاص داده و پس از بررسی معایب و محاسن هر طرح نسبت به انتخاب طرح نهائی اقدام کند.
در روش قالب گیری ماشینی مواردی دیده شده که برای پرهیز از مخارج زیاد تهیه تعدادی مدل مشابه، قطعات با اشکال مختلف را روی یک صفحه مدل قرار می‌دهند. این عمل (به استثناء موارد خاص) توصیه نمی‌گردد زیرا تنوع قطعات ریختگی در یک قالب طراحی سیستم راهگاهی و تغذیه گذاری قطعات را با مشکلات زیادی روبرو می‌سازد.
بهترین طرح ساده‌ترین طرح است لذا بهتر است تا حد امکان از قطعات مشابه در یک قالب ریختگی چدنی لازم است :
از حداکثر فضای قالب (صفحه مدل) به منظور استفاده از حداکثر بهره دهی قطعات استفاده کنید ضمن آن که جای خالی مناسب برای راهگاه‌ها و تغذیه‌ها باقی بگذارید.
به مرغوبیت مذاب و کیفیت قالب توجه داشته باشید زیرا از عوامل مهم موثر در میزان تغذیه بکار رفته در قطعات ریختگی می‌باشند.
سطح جدایش قطعه ریختگی را به گونه‌ای انتخاب کنید که نیاز به ماهیچه گذاری را به حداقل رساند. همچنین کوشش گردد که قسمت‌های ضخیم و سنگین قطعه در درجه زیرین قرار گیرد که نیاز به تغذیه گذاری کمتری باشد.
کوشش گردد که تمام قطعات یا اکثر آنها در درجه بالائی قرار گیرند تا پر شدن آنها از مذاب به آرامی انجام شود. همچنین از استفاده از ماهیچه‌های تر با ارتفاع زیاد و آویزان شده در محفظه قالب حتی المقدور اجتناب گردد.
به منظور استفاده از ساده ترین طرح ممکن، توصیه می‌گردد که راهگاه بارریز در وسط (بطور متقارن) قرار گیرد.
در مواردی که چندین قطعه مشابه در یک صفحه مدل قرار گرفته‌اند دقت شود که راهگاه‌ها و تغذیه‌های بکار رفته برای تمام قطعات یکسان باشند.
در هنگامی که چندین قطعه غیر مشابه در یک صفحه مدل واقع شده‌اند بهتر است که تمام قطعات در درجه بالائی یا پائینی و یا قسمتی از هر قطعه در درجه بالائی و قسمت دیگر آن در درجه پائینی قرار گیرند امکان نرسیدن مذاب به قسمت‌هائی از قطعات ریختگی وجود دارد.