تخمین عمر قالب در اثر خستگی حرارتی در فرآیند ریخته گری گریز از مرکز افقی لوله های چدنی

پیشرفت های مداوم در روش های ریخته گری در نیمه نخست قرن بیستم باعث ابداع روش ریخته گری گریز از مرکز افقی برای تولید لوله گردید که به مرور جایگزین روش ریخته گری در ماسه شد. لوله های چدن نشکن که سال هاست در شبکه های مدرن آب آشامیدنی و فاضلاب به عنوان لوله ی استاندارد مورد استفاده قرار می گیرد، توسط همین روش در ماشین های لوله ریزی موسوم به ماشین دی لاوود ریخته گری می شوند. هدف این پروژه استفاده از روش اجزا محدود برای شبیه سازی حرارتی و مکانیکی فرآیند ریخته گری گریز از مرکز افقی لوله های چدن نشکن و در نهایت تخمین عمر خستگی حرارتی قالب های مورد استفاده در ماشین های لوله ریزی می باشد. در شبیه سازی انجام شده از کد (ماکرو) تهیه شده در نرم افزار ansys استفاده شده و با ارائه یک مدل عددی تقارن محوری شامل لوله و قالب، تاریخچه ی توزیع دما در لوله و قالب طی فرآیند انجماد مذاب و سیکل های دمایی مختلف لوله ریزی بدست آمده است. در این تحلیل، شرایط مرزی و اولیه ی متناسب با شرایط عملی و همچنین تابعیت خواص ترموفیزیکی مواد با دما در نظر گرفته شده است. نتایج حل حرارتی فرآیند ریخته گری با نتایج آزمایشگاهی انجام شده در این تحقیق و تحلیل های عددی ارائه شده توسط محققان دیگر مقایسه شده که تطابق خوبی را نشان می دهد. در ادامه، توزیع دمای قالب به عنوان ورودی برای تحلیل مکانیکی، مورد استفاده قرار گرفته و با در نظر گرفتن تابعیت خواص مکانیکی قالب با دما و اعمال قید مکانیکی لازم، تنش و کرنش ایجاد شده در قالب طی سیکل های مورد نظر، بدست می آید. نتایج حاصل از شبیه سازی مکانیکی با نتایج آزمایشگاهی و تحلیل های عددی اراَیه شده توسط محققان دیگر نیز مقایسه شده که تطابق خوبی دیده می شود. در پایان با قرار دادن مقادیر تنش و کرنش سیکل پایدار در فرمول های مربوطه همچون مارو یا مانسون-هالفرد، عمر قالب تخمین زده شده و با نتایج تجربی مقایسه می شود. شبیه سازی انجام گرفته نشان می دهد، بیشینه دمای ایجاد شده در قالب نقش موثری در افزایش یا کاهش عمر قالب خواهد داشت.