دانلود تحقیق مبانی سیستمهای راهگاهی و تغذیه گذاری (چدن ها )

دارا بوده و اندوخته‌های 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.

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.

به منظور استفاده از حداکثر بهره دهی تغذیه‌ها بهتر است از یک تغذیه‌ برای دو یا چند قطعه ریختگی استفاده گردد.

پس از آنکه طرح شماتیک (بصورت اسکیس) قطعات، راهگاهها و تغذیه‌ها معلوم گردید، مرحله انجام محاسبات مربوط به سیستم راهگاهی و تغذیه فرا می‌رسد.

اجزاء سیستم راهگاهی قبل از پرداختن به مراحل مربوط به محاسبه سیستم راهگاهی بهتر است ابتداء نسبت راهگاهی تعریف شده و سپس وظائف هر یک از اجزاء سیستم راهگاهی بطور اختصار تشریح گردند.

همان طوری که قبلاً گفته شد، وظیفه اصلی یک سیستم راهگاهی آن است که مذابی تمیز و عاری از شلاله و ناخالصی‌ها را به محفظه قالب منتقل کند.

به این منظور سه نکته زیر باید رعایت شوند : ایجاد ارتباط مذاب موجود در محفظه قالب با فضای خارج.

گرفتن شلاکه و ناخالصی‌ها.

ایجاد شرائطی که گازها و هوای موجود در قالب را بتوان به فضای خارج منتقل کرد.

یکی از شرائط لازم برای رسیدن به منظور فوق در نظر گرفتن نسبت صحیح راهگاهی است.

نسبت راهگاهی در اصطلاح ریخته گران عبارتست از نسبت سطح مقطع راهگاه بارریز به سطح مقطع راهگاه اصلی به مجموع سطوح مقاطع راهگاههای فرعی و یا به اختصار این نسبت برحسب نوع چدن و نوع قطعه ریختگی تعیین می‌شود ولی به طور کامل تمام نسبت‌های ممکن را می‌توان در دو گروه کلی جای داد : سیستم فشاری در این سیستم مجموع سطوح مقاطع راهگاههای فرعی کمتر از سطح مقطع راهگاه بارریز است.

برای مثال نسبت‌های نشان دهنده سیستمی فشاری می‌باشند زیرا در چنین حالتی همواره فشاری در پشت مذاب در حال جریان موجود خواهد بود.

سیستم غیر فشاری در این سیستم مجموع سطوح مقاطع راهگاه‌های فرعی از سطح مقطع راهگاه بارریز بیشتر بوده و در نتیجه فشار مذاب در راهگاه بارریز گرفته شده و مذاب به آرامی وارد محفظه قالب می‌گردد.

نسبت‌های مثالی از یک سیستم غیرفشاری را بیان می‌کنند.

در زیر معایب و محاسن دو سیستم فوق با یکدیگر مقایسه شده‌اند.

سیستم فشاری راهگاه‌ها بلافاصله از مذاب پرشده و فشار پشت فلز موجب می‌شود که مذاب در راهگاهها پس زده نشود.

در هنگام استفاده از چند راهگاه فرعی با سطوح مقاطع یکسان، مقدار جریان مذاب در تمام آنها با هم برابر است، در حالی که در سیستم غیر فشاری تمایل خروج مذاب از دورترین راهگاه فرعی نسبت به راهگاه بارریز بیشتر می‌باشد.

از آنجائی که حجم فلز جامد شده در راهگاههای سیستم فشاری حداقل مقدار ممکن است، لذا تهیه قطعات با چنین سیستمی بهره دهی بیشتری خواهد داشت.

در هر حال از آنجائی که سرعت جریان مذاب در سیستم‌های فشاری زیادتر است لذا بروز بعضی معایب در قطعات ریختگی محتمل خواهد بود.

برای مثال در گوشه‌هائی که دارای قوس تندی هستند حرکت مذاب اغتشاشی بوده و بنابراین جذب گاز در مذاب و در نتیجه ظهور اکسیدها و ناخالصی‌ها و شسته شدن دیواره‌‌های قالب می‌توانند رخ دهند.

سیستم غیر فشاری از آنجائی که مذاب در این سیستم به آرامی وارد محفظه قالب می‌شود لذا جهش فلز به داخل محفظه قالب و حرکت اغتشاشی در آن وجود ندارد.

بهرحال این سیستم نیز محدودیت‌هایی به شرح زیر دارد : با توجه به این واقعیت که در پشت مذاب فشار چندانی وجود ندارد لذا باید سعی کرد تا سیستم راهگاهی همواره از مذاب پرنگهداشته شود.

نتیجه راهگاه اصلی در تای پائینی درجه و راهگاههای فرعی در تای بالا به انجام مقصود فوق (و در نتیجه پر بودن سیستم راهگاهی از مذاب) کمک می‌کند.

امکان وارد کردن یکنواخت مذاب به محفظه قالب از طریق راهگاههای فرعی (در مواردی که دارای سطوح مقاطع یکسان باشند) مشکل است، یعنی لزوماً جریان فلز از راهگاههای فرعی که در انتهای راهگاه اصلی و دورتر از راهگاه بارریز قرار دارند بیشتر است.

راهگاه بارریز استفاده از چند راهگاه بارریز در یک قالب بهیج وجه توصیه نمی‌شود مگر آنکه قطعه ریختگی بسیار بزرگ بوده و ریختن آن نیاز به استفاده از چند پاتیل داشته باشد.

ارتفاع راهگاه بارریز بیشتر با توجه به ارتفاع درجه‌های موجود در کارگاه تعیین می‌گردد.

سطح مقطع این راهگاه در سیستم فشاری تقریباً سه برابر مجموع سطوح مقطع راهگاه‌های فرعی در نظر گرفته می‌شود.

در سیستم‌های غیر فشاری مجموع سطوح مقاطع راهگاههای فرعی تقریباً باید با سطح مقطع قسمت تحتانی راهگاه بارریز یکسان در نظر گرفته شود.

راهگاه بارریز معمولاً بصورت استوانه‌ای در نظر گرفته می‌شود که سطح مخصوص آن اندکی کمتر از سطح مخصوص راهگاه با مقطع گوشه دار (معمولاً مربع مستطیل) می‌باشد و جز این امتیاز دیگری ندارد.

استفاده از راهگاه بارریز شیب دار همواره مفید است.

بدلیل مشکلات عملی در تهیه قالب‌های ماشینی با سرعت بالا، در سیستم‌های فشاری از راهگاه بارریز بدون شیب و یا با شیب جزئی استفاده می‌شود.

در سیستم‌های غیر فشاری همواره لازم است از راهگاه بارریزی استفاده گردد که قسمت تحتانی آن کمترین سطح مقطع ممکن را در مقایسه با قسمت‌های دیگر آن داشته باشد.

در صورتی که در این سیستم از راهگاه بارریز بدون شیب استفاده می‌شود، باید در محل اتصال راهگاه بارریز و راهگاه اصلی از تنگه استفاده گردد.

شیب بدست آمده از رابطه مشخص کننده راهگاهی است که تأثیر زیادی در کاهش مقدار بهره دهی قطعه ریختگی ندارد.

در مواردی که از سیستم‌های غیر فشاری راهگاهی استفاده می‌شود و شیب دادن به راهگاه بارریز امکان پذیر نیست، در محل اتصال راهگاه بارریز به راهگاه اصلی، تنگه قرار می‌گیرد.

در این حالت سطح مقطع راهگاه بارریز در تمام قسمتها یکسان است.

علاوه بر روشهای فوق که برای تعیین ارتفاع مناسب راهگاه بارریز بکار می‌روند، در بعضی از کارخانجات ریخته گری از فرمولهای تجربی ساده‌تری نیز استفاده می‌شود که در ضمیمه 3 به نمونه‌ای از آنها اشاره شده است.

راهگاه اصلی بهترین طرح برای راهگاه اصلی، ساده‌ترین آنهاست.

بهمین دلیل چنانچه فضای درجه قالب گیری اجازه دهد، بهترین نوع راهگاه اصلی نوع مستقیم آن می‌باشد.

ایجاد هر گونه قوسی در این راهگاه به ایجاد حرکت اغتشاشی مذاب کمک می‌کند.

چنانچه به کار بردن قوس در راهگاه اصلی اجتناب ناپذیر باشد، بایستی این قوس را با حداکثر زاویه ممکن ایجاد کرد.

در راهگاه‌های اصلی انحنادار، نباید راهگاه فرعی را نزدیک قسمت قوس راهگاه اصلی تعبیه کرد.

اگر فضای قالب اجازه دهد، فاصله نزدیکترین راهگاه فرعی از قوس راهگاه اصلی باید حداقل 10/0 متر در نظر گرفته شود.

چنانچه از یک راهگاه اصلی گرد استفاده می‌شود باید از بکار بردن راهگاه فرعی در وسط قوس پرهیز کرد.

اصولاً در حالتی که برای قطعه‌ای استوانه‌ای شکل از راهگاه اصلی کرد استفاده می‌شود توصیه می‌گردد که سیستم راهگاهی غیر فشاری بکار رود.

راهگاههای فرعی راهگاه‌های فرعی بویژه در سیستم‌های فشاری مهمترین جزء سیستم راهگاهی بشمار می‌روند.

تعبیه ضخامت محاسبه شده راهگاه فرعی در مرحله قالب گیری به دقت زیادی نیاز دارد.

عدم دقت کافی در جریان قالب گیری در بعضی از موارد به کوچکتر و یا بزرگتر شدن ضخامت راهگاه‌های فرعی نسبت به مقدار تعیین شده (که از طریق محاسبه بدست آمده) منجر می‌شود.

این مشکل در مواردی می‌تواند باعث افزایش ضایعات قطعات ریختگی شود.

برای تعبیه راهگاههای فرعی در قالب هرگز نباید از برشکاری دستی استفاده کرد، بلکه لازم است مدلهای مربوط به سیستم راهگاهی تهیه شوند.

مقطع عرضی مناسب برای راهگاههای فرعی بشکل چهارگوش با حداقل مقدار شیب ممکن است.

به دلائل زیادی بهتر است عرض راهگاههای فرعی زیاد و ضخامت آنها کم در نظر گرفته شود.

در بخش تغذیه گذاری دلائل این امر توضیح داده خواهد شد.

بهرحال یک دلیل ساده برای این توصیه، سهولت در جداسازی راهگاهها از قطعه ریختگی و همچنین جلوگیری از ورود شلاکه به محفظه قالب می‌باشد.

این گونه راهگاههای فرعی دو محدودیت دارند : 1) از نظر بعضی مسائل طراحی و مدلسازی که بعداً مورد بحث قرار خواهد گرفت، 2) احتمال انجماد پیش هنگام مذاب (قبل از آن که محفظه قالب کاملاً از مذاب پر شود) در این گونه راهگاهها وجود دارد.

حداقل ضخامت مجاز (ضخامت مناسب) راهگاه فرعی به درجه حرارت ریختن مذاب بستگی دارد بصورتی که در شکل نشان داده شده است.

انجماد مذاب در راهگاههای فرعی از گوشه‌ها آغاز می‌شود.

نسبت حجم به سطح گوشه‌ها در یک راهگاه چهارگوشه در رابطه زیر داده شده است.

مراحل طراحی یک سیستم راهگاهی فشاری ابتداء باید مطمئن شد که تنگه در محل اتصال راهگاه اصلی به راهگاه فرعی تعبیه گردیده است.

در سیستم راهگاهی فشاری سطح مقطع تنگه برابر مجموع سطوح مقاطع راهگاههای فرعی در نظر گرفته می‌شود.

در سیستم غیر فشاری انتهای راهگاه بارریز بمنزله تنگه عمل می‌کند.

سطح مقطع مناسب تنگه نشان داده شده، که هم برای سیستم فشاری و هم برای سیستم غیر فشاری می‌تواند بکار رود.

تغییر در مقادیر توصیه شده در این منحنی‌ها به کوتاهتر (سطح مقطع بیشتر) یا بلندتر (سطح مقطع کوچکتر) بودن مدت زمان ریختن مذاب بستگی دارد.

چه از راهگاه بارریز بدون شیب و چه از نوع شیب دار آن (بصورت مخروط ناقص) استفاده شود، بهرحال این سیستم باید دارای این خصوصیت باشد که مقدار مذابی را که راهگاه بارریز از خود عبور می‌دهد، راهگاه‌های فرعی نیز بتوانند همان مقدار مذاب را به داخل محفظه قالب هدایت کنند.

به کمک روابط قبلی که در مورد میزان جریان مذاب در دست داریم.

بترتیب سطوح مقاطع راهگاه بارریز و راهگاه فرعی برحسب متر مربع هستند.

تنها عضو این سیستم راهگاهی که قادر است مانع ورود شلاکه به محفظه قالب شود راهگاه اصلی است.

این وظیفه در جریان ریختن مذاب در دو مرحله زمانی انجام می‌شود.

مرحله اول : از شروع مرحله ریختن مذاب آغاز شده و تا پرشدن کامل سیستم راهگاهی ادامه دارد.

مرحله دوم : از هنگام پر شدن کامل سیستم راهگاهی از مذاب تاپرشدن کامل قالب بطول می‌انجامد.

مشخصات مرحله اول زمانی به قرار زیراند : جریان مذاب تقریباً بصورت اغتشاشی خواهد بود.

جریان مذاب در طول راهگاه اصلی نسبتاً بصورت هم جهت می‌باشد.

امکان ورود شلاکه از طریق نزدیکترین راهگاه فرعی به انتهای راهگاه اصلی، به محفظه قالب (در سیستم فشاری) وجود خواهد داشت.

برای پرهیز از این اشکال لازم است اولاً : راهگاه اصلی پس از آخرین راهگاه فرعی به مقدار کافی امتداد یابد.

ثانیاً : انتهای قسمت امتداد یافته بصورت شیب دار انتخاب شود، یا : در انتهای راهگاه اصلی چاهکی تعبیه شود.

جریان اولیه مذاب به راهگاه فرعی (در صورتی که راهگاه اصلی بصورت مستقیم باشد) یکنواخت خواهد بود.

ایجاد هرگونه قوسی در راهگاه اصلی این مکانیزم را بهم می‌زند.

در صورتی که استفاده از راهگاه اصلی قوسی اجتناب ناپذیر باشد، با در نظر گرفتن فاصله مناسب بین هر قوس و راهگاه فرعی، می‌توان به توزیع یکنواخت مذاب در راهگاه‌های فرعی دست یافت.

برای جلوگیری از ورود پیش از هنگام به راهگاههای فرعی (قبل از پرشدن راهگاه اصلی) و احتمالاً شلاکه به محفظه قالب، باید از راهگاه‌های فرعی نازک و عریض استفاده کرد.

همچنین راهگاههای فرعی را عمود بر راهگاههای اصلی در نظر گرفت.

ایجاد قوس در محل اتصال راهگاه اصلی و راهگاههای فرعی می‌تواند عامل مفیدی در طراحی قطعه باشد.

امتداد راهگاه اصلی نقشی در مرحله دوم زمانی ریختن مذاب ندارد.

تنها خطری که در این مرحله وجود دارد، ورود شلاکه به همراه مذاب به راهگاههای فرعی است.

برای جلوگیری از این مشکل، باید نکات زیر را بدقت مراعات کرد : فاصله مناسبی بین راهگاه بارریز و اولین راهگاه فرعی در نظر گرفت.

حرکت اغتشاشی مذاب در راهگاه اصلی را به حداقل رساند.

با انتخاب نسبت مناسب بین سطوح مقاطع راهگاههای فرعی و راهگاه اصلی، مذاب را با سرعت کم در راهگاه اصلی جریان دارد.

با استفاده از راهگاه اصلی نازک و بلند، فاصله مناسبی بین راهگاه فرعی تا سطح فوقانی راهگاه اصلی انتخاب کرد.

همچنین قسمت انتهائی راهگاه‌های فرعی و راهگاه اصلی باید در یک صفحه قرار داشته باشند تا از ورود مذاب قبل از پرشدن راهگاه اصلی به راهگاه‌های فرعی جلوگیری شود.

سیستم راهگاهی با سطح جدایش عمودی در 40 سال اخیر تهیه قالب‌های ماسه‌ای با سطح جدایش عمودی بطور گسترده‌ای در ریخته گری رایج شده است.

روش قالب گیری پوسته‌ای و روش‌های قالب گیری ماشینی بدون درجه با سرعت قالب گیری بالا (دیزاماتیک) که به سریع ریختن مذاب در قالب منتهی می‌شود از اهمیت زیادی برخوردارند.

تکنولوژی راهگاهی در این روش قالب گیری هنوز در مراحل تکاملی خود قرار دارد.

در شکل چند نوع متداول از سیستم راهگاهی فوق نشان داده شده است.

از میان این چند سیستم راهگاهی، به نظر می‌رسد که سیستم‌های 1 و 2 و 3 بیشتر قابل اعتماد باشند، هر چند که میزان بهره دهی قطعه ریختگی در آنها نسبتاً پائین است.

بهرحال این دلیل نمی‌شود که سیستم‌های دیگر راهگاهی بجای آن توصیه شوند.

قیمت تمام شده قطعات ریختگی نه تنها به بازدهی قطعه بستگی دارد، بلکه تعداد قطعات معیوب و برگشتی نیز باید در محاسبه قیمت در نظر گرفته شوند.

لذا با انتخاب سیستم راهگاهی مناسب (حتی آنهائی که دارای بهره دهی کمی هستند) می‌توان ضایعات قطعات ریختگی را کاهش داد که در نتیجه قیمت تمام شده نیز کاهش می‌یابد.

سیستم‌های، 1 و 2 از انواع متداول راهگاهی و بصورت غیر فشاری می‌باشند.

روش طراحی آنها به گونه‌ای است که در سیستم‌های افقی راهگاهی انجام می‌گیرد.

سیستم شماره 3 بعداً به تفصیل شرح داده خواهد شد.

در سیستم 4 راهگاههای عمودی از قسمت زیرین راهگاه اصلی به طرف پایین منشعب شده‌اند.

بنابراین نمی‌توان این سیستم را غیر فشاری بشمار آورد.

با ایجاد یک تنگه اولیه در محل اتصال راهگاه اصلی و راهگاه عمودی (از طریق تعبیه کردن راهگاه اصلی در یک سوی سطح جدایش و راهگاههای عمودی در سوی دیگر آن)، سیستم 4 از این لحاظ تابع اصول سیستم‌های فشاری خواهد بود.

با اینحال در این سیستم راهگاهی نیمه فشاری باید تنگه‌های فعال در محل اتصال راهگاههای فرعی و راهگاه عمودی قرار گیرند تا سطح مذاب در راهگاه عمودی بالاتر از راهگاههای فرعی واقع شده و مذابی تمیز و عاری از شلاکه از طریق راهگاه‌های فرعی به محفظه قالب برسد.

به این منظور لازم است نسبت سطح مقطع تنگه اولیه به سطح مقطع راهگاه فرعی بدقت محاسبه و تعیین شود.

سیستم 5 در حقیقت تغییر سیستم فشاری افقی به نوع عمودی آن می‌باشد.

این سیستم از نوع افقی آن (به علت نیاز به فضای بیشتر برای قالب و شیب زیادتر برای مدلها) محاسن کمتری دارد.

در سیستم 6 با حذف راهگاه اصلی، بهره دهی قطعه ریختگی افزایش داده شده است.

برای تهیه قطعات ریختگی عاری از شلاکه، ریختن مذاب تمیز بداخل راهگاه ضروری است.

استفاده از این سیستم، حتی در مواردی که احتمال ورود شلاکه به محفظه قالب وجود داشته باشد، ارزش تجربه را دارد.

سیستم 7 با وجود دارا بودن راهگاه اصلی، هیچگونه امتیازی بر سیستم 6 ندارد.

در حقیقت اگر شلاکه موجود در مذاب از تنگه میان راهگاه بارریز و راهگاه اصلی عبور کند، بخش عمده آن به محفظه قالب وارد خواهد شد.

چنانچه از مذاب تمیز استفاده شود، تعبیه راهگاه اصلی ضرورتی ندارد.

بنابراین استفاده از آن توصیه نمی‌شود.

از سیستم 3 می‌توان مذابی تمیز با حداقل مقدار شلاکه وارد محفظه قالب کرد، در این سیستم لازم است مذاب با سرعت راهگاه عمودی را پر کرده و سپس وارد راهگاههای فرعی شود.

برای اجتناب از حرکت اغتشاشی مذاب، در محفظه قالب، از راهگاههای فرعی زیرین (برای ورود مذاب به محفظه قالب) استفاده گردیده است.

محاسن سطوح مقاطع اجزاء سیستم راهگاهی بهرحال قدری پیچیده است که در زیر نوع ساده آن ارائه می‌گردد.

با بالا رفتن سطح مذاب در محفظه قالب، سطح مذاب در راهگاه عمودی نیز بالا می‌رود و این بنوبه خود، سرعت انتقال مذاب از پای راهگاه بارریز را کاهش می‌دهد.

اگر چه محاسبه دقیق سرعت حجمی جریان مذاب از پای راهگاه امکان پذیر است، لیکن بعلت طولانی بودن محاسبات از ارائه کامل آنها صرف نظر می‌گردد.

برای سهولت در محاسبه S,K ثابت فرض می‌شوند.

چنین فرضی موجب می‌شود که زمان ریختن مذاب محاسبه شده، کمی بیشتر از مقدار حقیقی آن در عمل باشد.

فشار برگشت مذاب در حال جریان در محفظه قالب را بهرحال نبایستی فراموش کرد.

سرعت متوسط جریان مذاب در راهگاه‌های فرعی برابر است با : بقیه عوامل در شکل نشان داده شده‌اند.

سرعت متوسط جریان مذاب از پای راهگاه بارریز باید برابر سرعت متوسط ورود مذاب به محفظه قالب باشد.

سطح مقطع قسمت پائین راهگاه بارریز بصورت زیر محاسبه می‌شود : مقدار k را می‌توان بدلخواه انتخاب کرد.

کمترین مقدار توصیه شده برای آن 5/2 سانتیمتر است.

چنانچه سیستم متقارن و سطح مقطع راهگاه عمودی نصف باشد، سطح مقطع راهگاه اصلی می‌تواند دو برابر باشد.

معمولاً قطعات ریختگی و راهگاههای فرعی در دو سطح و یا بیشتر جای می‌گیرند.

در چنین مواردی زمان ریختن مذاب برای بالاترین سطح با استفاده از روابط قبلی محاسبه می‌شود.

انتخاب مقدار بستگی به این دارد که آیا همه سطوح باید همزمان پر شوند یا نه.

چنانچه مساحت مقاطع راهگاههای فرعی در همه سطوح یکسان در نظر گرفته شود، پر شدن محفظه‌های قالب در سطوح زیرین بسیار سریع انجام می‌گیرد و بنابراین باید اندازه بسیار بزرگ باشد.

برای رفع این مشکل می‌توان اندازه مقاطع راهگاههای فرعی را از بالا بطرف پائین کاهش داد تا پر شدن همه محفظه‌های قالب از مذاب همزمان انجام گیرد.

این نکته را باید در نظر داشت که چنین راه حلی از نظر عملی با مشکلاتی همراه است، زیرا مقاطع راهگاههای فرعی در سطوح زیرین باید بسیار کوچک در نظر گرفته شوند که این خود ممکن است به پر نشدن کامل قطعات زیرین منجر شود.

راه حل عملی تر آنست که سطح مقطع بگونه‌ای انتخاب شود تا مذاب بتواند بسرعت تا زیر راهگاه‌های فرعی بالاترین سری از قطعات ریختگی در راهگاه عمودی بالا رود.

در این حالت تمام محفظه‌های قالب بجز بالاترین سری، در یک زمان از مذاب پر می‌شوند.

پس از پر شدن این محفظه‌ها، از مذاب، سطح فلز در راهگاه عمودی بسرعت ببالای آخرین گروه از راهگاههای فرعی رسیده و محفظه‌های بالایی نیز از مذاب پر می‌شوند.

روش راهگاه گذاری در ریخته گری چدن با گرافیت کروی برای اضافه کردن منیزیم به مذاب در راهگاه در این روش آلیاژ محتوی منیزیم را در محفظه‌ای درون سیستم راهگاهی (بنام محفظه فعل و انفعال،) قرار داده و مذاب عاری از منیزیم را درون قالب می‌ریزند.

امروزه این روش در تهیه چدن با گرافیت کروی در سطح گسترده‌ای در صنایع ریخته گری رواج یافته و در مقایسه با روشهای دیگر اضافه کردن منیزیم به مذاب دارای جاذبه‌های خاصی می‌باشد.

اطلاعات چندانی در زمینه طراحی سیستم‌های راهگاهی فوق در دسترس نمی‌باشند.

غالباً استفاده از سیستم راهگاهی با کنترل جریان مذاب در راهگاه فرعی / راهگاه اصلی توصیه می‌شود، لیکن با توجه به مسائلی که در سطور بعد مطرح خواهند شد، سیستم راهگاهی غیر فشاری مناسب‌تر بنظر می‌رسد.

یکی از مسائل مهم در اضافه کردن منیزیم به مذاب در سیستم راهگاهی، امکان ورود شلاکه‌های منیزیمی به محفظه قالب می‌باشد.

بهمین دلیل سیستم راهگاهی بایستی به گونه‌ای طرح گردد که شلاکه در راهگاه‌ها باقی مانده و امکان ورود به محفظه قالب را نیابد.

مساله دیگر در استفاده از این روش آن است که سرعت فعل و انفعال بین مذاب و آلیاژ محتوی منیزیم بایستی در حدی باشد که مذاب ورودی به محفظه قالب، منیزیم مورد نیاز را در خود حل کرده باشد.

تنها توجه به دو نکته فوق نشان می‌دهد که تا چه حد در طراحی این گونه سیستم‌های راهگاهی بایستی دقت کرد.

در طراحی این گونه سیستم‌های راهگاهی توجه به نکات زیر لازم است : - ایجاد پای راهگاه‌ بارریز بصورت مکعبی می‌تواند بجای استفاده از راهگاه چرخشی برای گرفتن شلاکه مذاب کافی باشد.

- سطح مقطع منطقه خروج مذاب از محفظه فعل و انفعال تنها می‌تواند برای مدت کوتاهی فعل و انفعال بین مذاب و منیزیم در این محفظه را کنترل کند.

به مجرد آن که سیستم راهگاهی از مذاب پرگردید، عامل کنترل کننده این فعل و انفعال، سطح مقطع تنگه که کوچکتر از سطح مقطع منطقه خروج مذاب از محفظه فعل و انفعال است خواهد بود.

بطور اختصار مشخصات سیستم پیشنهادی راهگاهی بصورت زیر است : تنگه اول در درجه زیری قرار داشته و به محفظه فعل و انفعال منتهی می‌گردد.

تنگه دوم که دارای سطح مقطعی کوچکتر از تنگه اول است، در ابتدای راهگاه اصلی درجه زیرین قرار دارد.

سطح مقطع این تنگه بایستی با دقت تعیین گردد، زیرا مهمترین عامل کنترل کننده شدت فعل و انفعال بین چدن مذاب و منیزیم می‌باشد.

استفاده از روش اضافه کردن منیزیم به چدن مذاب در سیستم راهگاهی بخصوص در تولید قطعات مهندسی نظیر میل لنگ اتومبیل و قطعات مشابه در حال افزایش می‌باشد.

ریخته گری دستی با استفاده از سیستم راهگاهی با سطح جدایش عمودی در این روش از درجه‌های قالب گیری استفاده نمی‌شود، بلکه قالب‌های ماسه‌ای محکم (با استفاده از چسب سرد یا گرم) بکار می‌روند.

این قالب‌ها در جعبه ماهیچه‌هائی تهیه شده و بکمک صفحات و گیره‌هائی در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند.

یک راهگاه اصلی مشترک، مذاب را بطور متوالی به قالب‌ها می‌رساند.

با این روش تعداد زیادی قطعات ریختگی را می‌توان همزمان تولید کرد و چون راهگاه‌ها بصورت عمودی بوده و مذاب از بالا وارد محفظه هر قالب می‌شود، قطعات ریختگی با مشخصات بسیار خوبی بدست می‌آیند.

این روش قالب گیری اصطلاحاً نامیده می‌شود.

قالب‌های بکار گرفته شده همگی مشابه هستند، بجز اولی (که مذاب در آن ریخته می‌شود) و آخری (که بسته است).

این روش بخصوص در واحدهای کوچک ریخته گری می‌تواند بطور گسترده‌ای مورد استفاده قرار گیرد.

تعبیه منافذ هوا در قالب‌ها هنگامی که مذاب وارد محفظه قالب می‌شود، هوای موجود در قالب گرم شده و در نتیجه انبساط یافته و یا فشار آن افزایش می‌یابد.

قسمتی از هوا از لابلای ذرات ماسه خارج می‌شود.

بهرحال این منافذ هرگز نمی‌توانند ازدیاد فشار ایجاد شده را کاملاً دفع کنند.

طبیعی است که در صورت استفاده از تغذیه روئی فشاری در محفظه قالب بر روی مذاب بوجود نمی‌آید.

در صورتی که چنین فشاری در محفظه قالب ایجاد شود، فلز با دشواری وارد محفظه قالب شده و سرعت ریختن مذاب کاهش می‌یابد.

در مواردی که این فشار زیاد باشد حتی موجب بطور راهگاهها شده و در نتیجه محفظه قالب به طور کامل از مذاب پرنمی‌شود.

بلند شدن درجه روئی و بیرون ریختن مذاب هم از نتایج چنین فشاری است.

از معایب دیگر ناشی از عدم خروج‌ هوا از محفظه قالب، نرسیدن مذاب و ایجاد ذرات ساچمه‌ای روی سطح قطعه می‌باشند.

قطر منافذ هواکش می‌تواند از 5 میلی متر تا 25 میلی لیتر تغییر کند.

برای دو قطعه آورده شده در مثال مجموعاً از 8 هواکش 5 میلی متری و برای قطعه بزرگتر ذکر شده در مثال از 6 هواکش 20 میلی متری استفاده شده است.

معایب مربوط به سیستم راهگاهی و روشهای رفع آنها یکی از معایب سطح بسیار آشنا در چدن‌های خاکستری و انواع چدن با گرافیت کروی.

حفره‌های گازی در سطوح فوقانی قطعات ریختگی می‌باشند.

ورود شلاکه به محفظه قالب و بجای ماندن آن در قطعه ریختگی از دیگر معایب معمول در قطعات چدنی است.

اکسیدها منبع اصلی شلاکه را تشکیل می‌دهند.

ورود شلاکه به محفظه قالب همواره امکان پذیر است مگر آنکه سیستم راهگاهی بدرستی طراحی گردد.

ناخالصی‌های غیر فلزی وارد شده به محفظه قالب معمولاً تنها از نوع سیلیسی نبوده بلکه اکسیدهای آهن، آلومینیوم و عناصر دیگر را نیز شامل می‌شوند.

برخی از اکسیدها توسط کربن موجود در آهن مذاب احیاء می‌شوند.

محصولات چنین واکنشی عبارتند از فلز آزاد شده و گاز منوکسید کربن.

گاز منوکسید کربن عملاً در چدن مذاب حل نشدنی است، لذا بصورت حبابهایی بطرف بالا حرکت کرده و در سطوح زیر درجه بالائی، یا در زیر ماهیچه‌ها و یا نقاطی که در حال انجماد هستند باقی می‌مانند.

زمان باقی ماندن حبابهای گاز در سطح مشترک قالب و مذاب بستگی به اندازه حبابها و نوع چدن دارد.