بررسي تجربي تاثير پارامترهاي ورودي بر روي نرخ فرسايش و تنش پسماند در فرايند قالبگيري ماهيچه

Experimental investigation of input parameters on erosion rate and residual stress in core molding process

در اين مقاله تاثير زاويه برخورد و فشار پاشش ماسه بر روي نرخ فرسايش و تنش پسماند ناشي از فرايند قالبگيري ماهيچه‌اي در چدن‌هاي خاكستري(GCI) ، داكتيل پرليتي(PDI) و داكتيل آستمپر شده (ADI)به صورت تجربي مورد بررسي قرار گرفته است. براي اين منظور، جنس قطعه‌كار، زاويه برخورد و فشار پاشش ماسه به عنوان پارامترهاي ورودي و نرخ فرسايش و تنش پسماند به عنوان پارامترهاي خروجي انتخاب شده‌اند. نتايج آزمايش‌ها نشان دادند كه با تغيير زاويه برخورد ذرات ساينده نرخ فرسايش مواد مذكور به شدت تغيير مي‌كند، بطوريكه در زواياي كم، (30-15 درجه) چدن ADI و در زواياي بيشتر، (90-75 درجه) چدن PDI مقاومت فرسايشي بهتري از خود نشان مي‌دهند. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني (SEM) نشان دادند، علت اصلي بالا بودن ميزان سايش در چدن خاكستري وجود گرافيت‌هاي تيغه‌اي شكل مي‌باشد كه به عنوان محل‌هاي تمركز تنش عمل نموده و بدين طريق در فرايند پاشش ماسه با ايجاد و رشد ترك‌ها موجب زياد شدن ميزان سايش در چدن خاكستري نسبت به چدن‌هاي ADI و PDI مي‌شوند. همچنين نتايج مربوط به اندازه‌گيري و ارزيابي تجربي ميزان تنش پسماند ايجاد شده در سطح نمونه‌ها بعد از عمليات پاشش ماسه نشان مي‌دهد، تنش پسماند فشاري ناشي از عمليات قالبگيري ماسه در چدن خاكستري به علت ايجاد ترك‌هاي ريز سطحي در قطعات كمترين و در چدن ADI به علت سختي بالا بيشترين مقدار مي‌باشد. همچنين نتايج نشان دادند، كه با افزايش فشار پاشش ذرات ساينده در تمامي نمونه‌ها، نرخ سايش افزايش مي‌يابد.

In the present study, in order to investigate the effect of impact angle and sand jet pressure on the erosion rate and residual stress in sand molding operation, the experiments are performed using gray cast iron (GCI), pearlitic ductile iron (PDI) and austempered ductile iron (ADI) as workpiece materials. To fulfill this objective, experimental tests are conducted in full factorial design with workpiece material, impact angle and jet pressure as input and erosive wear rate and residual stress as output parameters. According to the results, variation of impact angle of erosive particles intensively affects the erosion rate of materials in a way which, among the experiments that are carried out in lower impact angles (15 to 30°), ADI cast iron shows the maximum erosive strength; however, as the impact angle shifts to higher values (75 to 90°), PDI cast iron becomes more resistant against erosion. It can also be noted from the SEM images that in sand shooting process, the presence of flake graphite in gray cast iron causes more formed and grown cracks which significantly intensifies its erosion rate relative to ADI and PDI cast irons. Additionally, comparative analysis of results revealed that formation of surface micro cracks in gray cast iron material causes less induced compression residual stresses relative to ADI cast iron whose great stiffness leads to higher magnitudes of compression residual stress in sand molding operation. In addition, it is observed that regardless of employed material, increase of erosive particles shooting pressure increases erosion rate of the workpiece.