نیروی گریز از مرکز چیست

ما در این مطلب به مبحث نیروی گریز از مرکز می پردازیم. جهت ساخت و طراحی انواع چرخ دنده، کوپلینگ، اسپیسر، رولیک، شافت، فلنج، بوش،نازل و …. می توانید با مشاوران و کارشناسان آکو صنعت کیان تماس بگیرید.

نیروی گریز از مرکز چیست؟

نیرویی که به سمت بیرون بر جسم در حال چرخش وارد می شود، نیروی گریز از مرکز نامیده می شود. منشا این نیرو همین حرکت چرخشی است. همه ما این کمیت را زمانی که یک جسم در امتداد یک مسیر منحنی یا پیچ در پیچ حرکت می کند دیده ایم.

جالب است بدانید دلیل چرخش سیارات به دور خورشید، بدون افتادن بر روی خورشید، برابری نیروی گریز از مرکز با نیروی گرانش خورشید است. البته فیزیکدانان معتقدند که نیروی واقعی به نام نیروی گریز از مرکز وجود ندارد!

بلکه علت خروج از مرکز جسم در حرکت دایره ای اینرسی خود جسم است. مثل زمانی که ماشین ناگهان به جلو حرکت می کند، ما اول به عقب پرتاب می شویم. این برگشت به عقب به دلیل اینرسی بدن ما است (اینرسی را می توان به عنوان تمایل یک جسم برای حفظ حالت قبلی خود تعریف کرد).

بیشتر بخوانید:انواع چرخ دنده

ریخته گری گریز از مرکز چیست؟

فرآیند ریخته گری گریز از مرکز روشی است که در آن قالب تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز پر می شود. به دلیل چرخش در این روش، آن را ریخته گری گریز از مرکز می نامند.

در اکثر روش های ریخته گری، قطعه در حال شکل گیری در یک قالب ثابت منجمد می شود. اما در ریخته گری گریز از مرکز از قالب دوار برای شکل دادن به قطعه نهایی استفاده می شود.

اکثر پروفیل های لوله ای که به این روش تولید می شوند دارای مقاطع دایره ای هستند. اما در مواردی دیده شده است که از این روش برای تولید پروفیل های شش ضلعی و متقارن نیز استفاده شده است.

در دهه اخیر، استفاده از ریخته گری گریز از مرکز با استفاده از خلاء بسیار بهبود یافته است. اعمال خلاء برای جلوگیری از اکسید شدن و آلودگی مذاب و کمک به پر شدن سریعتر قالب انجام می شود.

تاریخچه ریخته گری گریز از مرکز

طرح استفاده از نیروی گریز از مرکز برای ریخته‌گری توسط یک انگلیسی به نام «آنتونی آیچارد» در سال 1809 ارائه شد. اما اولین استفاده صنعتی از آن در سال 1848 در بالتیمور برای تولید لوله‌های چدنی انجام شد.

همزمان با پیشرفت چشمگیر علم و صنعت از سال 1890 میلادی، پیشرفت هایی در روش ریخته گری گریز از مرکز نیز به وجود آمد که منجر به ساخت ماشین برزیلی “De Lawood” بین سال های 1912 تا 1918 میلادی شد. این ماشین به شکل گیری ماشین ریخته گری امروزی ادامه داد.

دستگاه ریخته گری سانتریفیوژ در یک نگاه

اصول روش ریخته گری گریز از مرکز

در ابتدای فرآیند، فلز مذاب در قالب چرخان ریخته می شود. همانطور که قالب در حال چرخش است، نیروی گریز از مرکز به فلز مذاب وارد می شود. بنابراین، مذاب به سمت بیرون قالب گرایش پیدا می کند و به سمت دیواره ها می رود.

از این لحظه فرآیند انجماد و جوانه زنی بلورهای جامد از دیواره قالب شروع می شود. در واقع نیروی گریز از مرکز با فشار دادن مذاب به سمت دیواره قالب باعث می شود که فلز به صورت حلقه درآید. لازم به ذکر است که در ریخته گری گریز از مرکز از ماهیچه های داخلی برای شکل دادن به مذاب استفاده نمی شود.

همچنین برای این روش ریخته گری نیازی به سیستم کانال نیست. ضخامت نهایی دیواره تولید تابعی از حجم مذاب اولیه است. در این روش ریخته گری به دلیل عمل چرخشی و اختلاف چگالی بین ناخالصی ها و مذاب فلز اصلی مورد نظر، معمولاً ناخالصی ها در سطح لوله جمع می شوند و با ماشین کاری به راحتی می توان آنها را از بین برد.

ریخته گری لوله های ضخامت بالا

در فرآیند ریخته‌گری گریز از مرکز برای تولید لوله‌هایی با ضخامت بالا، لازم است فرآیند انجماد در دو طرف انجام شود. هم از داخل لوله به بیرون و هم از بیرون به داخل دارد. در این حالت احتمال تشکیل لجن افزایش می یابد. بنابراین باید سطح قالب را از قبل گرم کرد تا انجماد از داخل به بیرون قطعه انجام شود.

ابعاد قطعات تولیدی و تحمل

محدوده ضخامت برای ریخته گری گریز از مرکز معمولاً بین 2.5 میلی متر تا 12.5 سانتی متر است که معادل محدوده 0.1 تا 5 اینچ است. قطر لوله های تولید شده با این روش معمولا بین 3 تا 15 متر (معادل 10 تا 50 فوت) می باشد.

میزان تلرانس برای قطر داخلی و خارجی قطعات تولید شده با این روش متفاوت است. تلورانس برای قطر خارجی حدود 2.5 میلی متر (معادل 0.1 اینچ) و برای قطر داخلی حدود 4 میلی متر (معادل 0.15 اینچ) است. البته با توجه به جزئیات طرح، این ابعاد و تلرانس ها ممکن است دستخوش تغییر شوند.

بیشتر بخوانید:روش ساخت چرخ دنده

مواد متداول برای ریخته گری

تمام فلزات ریخته گری را می توان با این روش ریخته گری کرد. اما معمولا برای فلزاتی مانند چدن، فولاد (به ویژه فولاد ضد زنگ)، آلومینیوم، مس، منیزیم و آلیاژهای نیکل استفاده می شود.

البته به غیر از فلزات، این روش برای انواع شیشه و بتن نیز قابل اجرا است. به طور کلی هر ماده مهندسی که قابل ذوب باشد با این روش ریخته گری می شود.

عوامل موثر در ریخته گری گریز

سرعت بارگذاری

سرعت ذوب در ریخته گری گریز از مرکز باید بهینه باشد. یعنی لازم است اپراتور حداقل سرعتی را که منجر به تولید قطعات سالم با تجربه می شود به دست آورد. اگر سرعت بارگذاری کمتر از حالت بهینه باشد باعث ایجاد عیوب مانند پر نشدن و یخ زدن می شود و اگر بیشتر باشد زمان انجماد بیشتر می شود. زمان انجماد طولانی باعث ایجاد ترک های طولی می شود.

دمای تخلیه

مقدار دمای فوق ذوب که برای ریخته گری گریز از مرکز انتخاب می شود به شکل، ابعاد و جنس محصول بستگی دارد. افزایش بی حساب در فوق ذوب، قدرت خنک کنندگی قالب را کاهش می دهد و زمان انجماد را افزایش می دهد.

البته پس از آن پدیده تفکیک (Segregation) و دانه بندی درشت نیز ایجاد خواهد شد. همچنین می تواند به دلیل سرد نشدن مذاب روی سطح قالب، ریزش کند و مذاب به دلیل یخ نکردن مذاب هنگام رسیدن به یکدیگر، بلغزد.

بیشتر بخوانید:قطعه سازی چیست؟

جهت ساخت و طراحی انواع چرخ دنده، کوپلینگ، اسپیسر، رولیک، شافت، فلنج، بوش،نازل و …. می توانید با مشاوران ما در حوزه های مختلف صنعتی و کارشناسان آکو صنعت کیان تماس بگیرید.