سر سیلندر

تعریف

سرسیلندر در پوشی است که با بلوک سیلندر تشکیل اطاق احتراق را می دهد و شکل آن تابع ساختمان سیلندر بوده و چنانچه از نوع خنک کننده با آب باشد دارای مجاری آب و در غیر این صورت دارای شیارهای خنک کننده با هوا می باشد.

سرسیلندر با پیچ و مهره به بلوک سیلندر متصل می شود در کف سرسیلندر به تعداد سیلندر ها گودی وجود دارد بنام اطاق احتراق روی سرسیلندر. داخل هر اطاق احتراق سوراخی برای قرار دادن شمع وجود دارد.

 

متعلقات سرسیلندر

• محل بسته شدن شمع در سرسیلندر. بسته به ساختمان سرسیلندر در سطح جانبی یا فوقانی آن قرار دارد.
• در صورت قرار گرفتن سوپاپها در سرسیلندر قطعات تشکیل دهنده مکانیزم سوپاپ ها از قبیل اسبکها و گیتهای سوپاپ و سیت سوپاپ و میل سوپاپ (موتورهای میل سوپاپ رو) فنرها و غیره که همگی در محلهای مخصوص خود در سرسیلندر بسته می شود.
• کانالها و مجاری آب و روغن.
• محل های عبور میل تایپت.
• مانیفولد ها (لوله های که سوخت را به داخل سیلندر وارد کرده و پنجه اگزوز که دود و مواد حاصل از احتراق را از سیلندر خارج می کند).
• محل بستن ترموستات.

 

جنس سرسیلندر

جنس سرسیلندر از آلیاژهای آهن (چدن دندانه ریز) یا آلیاژهای آلومینیوم. به دو صورت ریختگی یا تزریقی در داخل قالبهای بخصوص ساخته می شود. سرسیلندر معمولا یکپارچه و یا اگر طول موتور زیاد و یا سنگین باشد چند تکه ریخته شده و سپس سطوح لازم را تراشیده و صیقل داده و بشکل مورد نظر در می آورند.

 

انواع سر سیلندر

سرسیلندر بسته بترتیب و نوع قرار گرفتن سوپاپها بطور کلی به چهار دسته تقسیم می شود:

1. (I-head) آی هد
2. (F-head) اف هد
3. (T-head) تی هد
4. (L-head) ال هد

شکل قرار گرفتن سوپاپ در سرسیلندر های ای هد یا خطی یک ردیفه یا دو ردیفه است بعضی سرسیلندرها فاقد محل عبور سوپاپ می باشند مثل تی هد و ال هد.

 

باز و بستن سرسیلندر

یکی از قطعات که باز و بستن آن بسیار مهم می باشد و باید کمال دقت را در این امر مبذول داشت سر سیلندر است.

باز بستن غلظ سرسیلندر باعث ایجاد عیوب از جمله تاب دیدگی و یا سوختن مرتب واشر سیلندر می گردد.

 

نکات زیر در باز و بستن سرسیلندر بسیار مهم است

• هیچگاه و در هیچ مورد سرسیلندر را در موقعی که موتور گرم است باز نکنید (خیلی مهم).
• بست باطری را باز کنید (این امر در هر موقعیکه خواستیم گیربکس یا موتور یا قطعات دیگر مانند استارت دینام و غیره را باز کنیم الزامی است).
• آب موتور را خالی می کنید.
• در صورت باز کردن رادیاتور محوطه عمل وسیعتر می شود.
• کلیه اتصالات لوله های آب رادیاتور – ترموستات و لوله های بخاری را باز کنید.
• اتصالات الکتریکی از قبیل سیم درجه آب و وایراهای شمع را باز کنید.
• کلیه شمع ها را باز کنید.
• بست گلویی اگزوز را باز کرده و از اتصال خارج کنید.
• کلیه سیم ها و لوله های مربوط به کاربراتور را باز کرده و علامت گذاری کنید.
• کاربراتور را باز کنید.
• درب قالپاق سوپاپ را باز کنید.
• در صورتیکه اسبک ها و پایه های آن مانع باز کردن پیچ های سرسیلندر باشد آنها را نیز باز کنید.
• میل تایپت ها را بر دارید.
• با آچار بکس مناسب و دسته بکس، با کمک رابط و به روشهای زیر پیچها را ابتدا دو رزوه شل و سپس باز کنید.
• باید دقت کرد که مقدار گشتاور (مقدار وارد بر پیچ) در سفت کردن مطابق با مقدار کاتالوگ ماشین مورد نظر باشد. مقدار گشتاور را باید از کاتالوگ بدست آورید در صورت نداشتن کاتالوگ قبل از باز کردن و شل کردن پیچ های سرسیلندر می توان توسط آچار ترکمتر مقدار گشتاور را بدست آورد.
  بدین منظور آچار ترکمتر را با بکس مناسب بر روی گل پیچ قرار داده و بسمت سفت شدن به دسته ترکمتر به آرامی فشار می آوریم و تا حدی این فشار را ادامه می دهیم تا پیچ در جای خود حرکت نکند این عمل را با پیچهای دیگر تکرار کرده میانگین عدد نشان داده شده توسط ترکمتر محاسبه و بعنوان مقدار گشتاور پیچ های سرسیلندر موتور مورد نظر در موقع سفت کردن پیچها استفاده می کنیم.

 

عیوب سرسیلندر

• ترک خوردگی

بر اثر یخ زدن شدید آب در سرسیلندر و یا زمانی که در حین تعمیر در اثر بی احتیاطی ضربه شدید به آن وارد آید، بوجود می آید.

 

علاج این امر:

• اگر ترک بسیار مویی و ریز باشد، واندربل و واندرسیل را از طریق رادیاتور داخل سیستم خنک کننده پس از برداشتن ترموستات میریزند تا ضمن چرخش آب داخل ترک ها نفوذ کرده و ترک ها را بگیرد.
• تعمیر بوسیله دوختن.
• بوسیله جوش دادن.

• تاب دیده گی

 

علل تاب برداشتن سرسیلندر:

• باز و بسته کردن غلط سرسیلندر.
• باز کردن آن موقع گرم بودن سرسیلندر.
• نامیزان بستن پیچهای سرسیلندر.
• سوختن واشر سرسیلندر.
• گرم شدن بیش از حد.

 

علائم تاب دیده گی سرسیلندر:

• سوختن مرتب واشر سرسیلندر.
• موتور دیر روشن شده و بد کار می کند.
• کمپرس داخل کربراتور و اگزوز و کارتر و رادیاتور می گردد.
• گرم کردن زیاد موتور.
• مخلوط شدن آب و روغن.
• آب سوزی (خارج شدن بخار آب از اگزوز).
• کمی کمپرس.

 

آزمایشات تاب دیدگی سرسیلندر

سرسیلندر را پس از باز کردن، کاملا شستشو داده و سطح سرسیلندر را با شابر کاملا تمیز کرده و قطعات باقیمانده از واشر و یا ذرات را کاملا پاک کنید.

طریقه آزمایش:

• بوسیله سنگ مرع و فیلر 0.20 میلیمتر.
• آزمایش با خط کش فلزی و فیلر.
• آزمایش با پودر سرنج.

• کربن گرفتن سرسیلندر (اطاق احتراق)

در اثر احتراق مخلوط هوا و بنزین در داخل سیلندر به مرور مقداری دود در اطاق احتراق جمع شده که می تواند کاملا در کار موتور موثر واقع شود. این دوده علاوه بر اینکه حجم اطاق احتراق را کوچک ساخته نسبت تراکم را در موتور بالا می برد که خود باعث احتراق زود رس در موتور می شود.
سرخ شدن کربن در زمان احتراق چه در الکترود های شمع و چه در نقاط گرم دیگر مانند سطح نعلبکی سوپاپها و سطح بالای پیستون، باعث ایجاد احتراق های نا به هنگام می گردد. بنابراین از علائم زیاد شدن کربن در اطاق احتراق، می توان انفجار خود سوزی و بالا رفتن کمپرس موتور را نام برد.
موتورهایی که بعد از بستن سوئیچ جرقه بگردش خود ادامه می دهند، چنانچه خودسوزی در اثر گرم بودن بیش از حد الکترودها و یا حرارت بیش از حد سرسیلندر بعلت گرفتگی مجاری آب و یا ضعیف شدن سیستم خنک کننده یا تنظیم نبودن جرقه نبتشد، می تواند در اثر ازدیاد دوده در اطاق احتراق باشد.

انفجار موتور اکثرا در هنگام باز بودن دریچه گاز قبل از اینکه موتور زیر بار برود شنیده می شود. کارخانجات سازنده موتور معمولا کیلومتر معینی را برای کربن گیری و یا تعمیرات سرسیلندر تعیین می کنند ولی گاهی عیوبی در موتور پیش می آید که فواصل کربن گیری را نزدیکتر می سازد از جمله:

• روغن سوزی.
• کم شدن کمپرس موتور.
• گرفتگی در لوله اگزوز.
• اشتباه جا انداختن زنجیر دنده میل لنگ و میل سوپاپ.
• گرفتگی در هواکش کارتر و سرد کار کردن موتور.
• گرفتگی در هواکش کاربراتور.
• کار نکردن صافی هواکش.
• غنی بودن مخلوط بعلت عدم تنظیم درست کاربراتور.
• اشتباه بودن زمان جرقه.
• ضعیف بودن جرقه در شمع.

 

 

 

واشر سرسیلندر

واشری است از جنس نسوز که مابین بلوک و سرسیلندر قرار می گیرد. واشر سر سیلندر عمل آب بندی کمپرس را انجام می دهد. کلفتی این واشر در اطراف اطاق احتراق بیشتر است.

 

جنس واشر سرسیلندر

از ورقه های فلز نرم یا پنبه نسوز و فلز نرم ساخته می شود. واشر سرسیلندر انواع مختلف دارد. یک لایه که از آلیاژ آلومینیوم و کروم، دو لایه که از فلزات نرم و پنبه نسوز، سه لایه که از لایه های مسی بخاطر نرمی آن و بهتر شدن عمل آب بندی، مقوا یا پنبه نسوز جهت مقاومت در مقابل حرارت زیاد و لایه فولادی جهت مقاومت زیادتر در مقابل فشار و حرارت تشکیل شده است.

پنبه نسوز یا اسبست یک ماده معدنی است که نقطه ذوب آن 1550 درجه سانتیگراد است.

واشر سرسیلندر یکبار مصرف است و زمانی که بسته شد بعد از باز کردن سرسیلندر دیگر قابل استفاده نخواهد بود لذا قبل از تعویض واشر سرسیلندر حتما سرسیلندر را از لحاظ تاب دیدگی باید آزمایش کرد. ضمنا سطح سرسیلندر نباید ناصاف باشد.

 

عیوب واشر سر سیلندر

واشر سر سیلندر ممکن است بسوزد یا نیم سوز شود.

علل سوختگی واشر سرسیلندر عبارتند از:

• تاب داشتن سرسیلندر.
• ترکیدن سرسیلندر.
• شل بودن پیچهای سرسیلندر.
• گرم کردن بیش از اندازه موتور.
• نامیزان بستن پیچهای آن.

 

علائم سوختگی واشر سر سیلندر:

• خارج شدن آب از اگزوز.
• گرم کردن موتور.
• ورود کمپرس در داخل رادیاتور (جوش کاذب).
• کمی کشش موتور.
• قاطی کردن آب و روغن.
• دیر روشن شدن موتور.

توجه:
اگر بخار در حالت گرم بودن موتور از اگزوز خارج شود دلیل بر سوختن یا نیم سوز بودن (ترسیدگی) واشر سرسیلندر است.

 

نکته مهم

در موتورهایی که دارای بوش تر هستند در صورتیکه عیبی از عیوب سرسیلندر یا واشر سرسیلندر باشد، در این حالت فقط باز کردن سرسیلندر کافی است. باید پس از باز کردن کلیه پیچهای سرسیلندر همه پیچها را بجز دو پیچ سرسیلندر را خارج می کنیم و سپس سرسیلندر را چند بار به چپ و راست در سر جای خود حرکت داده تا اگر احتمالا بوش پیستون با سیلندر درگیری داشته باشد با این حرکت از درگیری خارج شود. چون اگر این عمل را انجام ندهیم و سرسیلندر را بر داریم امکان دارد بوش پیستون مقداری با سرسیلندر به سمت بالا حرکت کرده و باعث خرابی و از آب بندی خارج شدن واشر آب بندی بوش پیستون بگردد.

در صورت عدم توجه به این نکته امکان دارد پس از بستن سرسیلندر و روشن کردن موتور آب و روغن مخلوط شده در نتیجه بازکردن موتور و تعویض کلیه واشرها لازم شود.

توجه:
پس از بستن سرسیلندر و سفت کردن پیچهای سرسیلندر توسط ترکمتر بدون اینکه آب در داخل موتور باشد موتور را روشن کرده و قبل از گرم شدن موتور آن را خاموش کنید سپس با آچار ترکمتر سفت بودن پیچها را کنترل کنید.

 

 

 

نکاتی در مورد تعویض واشر سرسیلندر

برای جاگذاری واشر سرسیلندر از هیچ گونه مواد خارجی مانند گریس یا چسب استفاده نکنید.

توجه:
علامت (TOP) روی واشر سرسیلندر در موقع بستن باید به سمت بالا بوده و در صورت نبودن علامت با منطبق کردن واشر با بلوک می توان به جهت واشر سرسیلندر پی برد. در ضمن سمت مسی واشر سر سیلندر به سمت پایین و روی بلوک سیلندر قرار می گیرد.

آشنایی با مواد و فرایند تولید سرسیلندر

اشاره

آلومینیم و آلیاژ‌های آنها، به دلیل نقطه ذوب کم و داشتن سیالیت خوب و همچنین پذیرفتن عملیات‌های حرارتی و مکانیکی برای افزایش خواص مکانیکی، در صنایع مختلف بخصوص در صنعت خودرو، کاربرد بیشتری داشته و موارد مصرف این آلیاژ‌ها روز‌به‌روز توسعه می‌یابد. امروزه، استفاده از این آلیاژ‌ها به منظور جایگزینی با فلزهای گران و سنگین رو به افزایش است. این جایگزینی به خاطر خواص مکانیکی خوب آلیاژ‌های آلومینیم همراه با نسبت استحکام به وزن بالای آنهاست که باعث کاهش وزن و به دنبال آن بهبود بازده سوخت می‌شود. از بین این آلیاژ‌ها، آلیاژ آلومینیم – سیلیسیم – مس، جایگاهی خاص در تولید قطعات خودرو دارد. از جمله این قطعات می‌توان به سرسیلندر اشاره کرد. آلیاژی که در سرسیلندر استفاده می‌شود، اکثرا به روش ریخته‌گری ثقلی در قالب فلزی تولید می‌شود که یکی از مشکلات جدی فرایند تولید آن، میزان نشتی بالا در ریخته‌گری این قطعات است.

 

کلیاتی در مورد سرسیلندر

در یک موتور درونسوز، سرسیلندر به قطعه‌ای گفته می‌شود که بر فراز بخش بالایی سیلندرها قرار دارد. در ساختمان بلوک سیلندر یک موتور، قسمت فوقانی آن باز بوده و پیستون‌ها در درون سیلندرها قابل دیدن هستند. برای تکمیل ساختار بلوک سیلندر، به سرسیلندر نیاز است. سرسیلندر، یک قطعه ریخته‌گری شده است که معمولا از جنس چدن با آلیاژهای آهن، آلومینیم یا مس ساخته می‌شود. شکل کلی سرسیلندر متناسب با شکل سیلندر موتور است به نحوی که باید تمام قسمت‌های آنها بر یکدیگر منطبق باشند. سرسیلندر باید با قسمت فوقانی سیلندر و سرسیلندر تطابق کامل داشته باشد تا بتواند از نشت گازهای محبوس در سیلندر یا گاز محترق در اتاقک انفجار جلوگیری کند، در ضمن می‌بایستی دارای مجاری متعددی در امتداد مجاری سیلندر داشته باشد تا جریان آب و روغن از پوسته موتور به سرسیلندر رفته و پس از انجام وظایف روغن‌کاری و خنک‌کاری، دوباره به سیلندر برگردد. سرسیلندر باید دارای سطحی بسیار صاف و پرداخت شده در قسمت تحتانی باشد. البته این حالت برای سطح فوقانی سیلندر نیز الزامی است. تاب برداشتگی یا وجود خراش‌های عمیق در قسمت بالای بدنه موتور و یا قسمت تحتانی سرسیلندر، می‌تواند مانع آب‌بندی کامل آن شود.

سرسیلندر، دارای مجاری متعددی است که برخی از آنها برای آب و روغن تعبیه شده‌اند. گروهی دیگر از این مجاری، برای ورود هوا به داخل اتاقک احتراق تعبیه شده‌اند که به آنها مانیفولد هوا می‌گویند. گروه سوم نیز برای خارج کردن گازهای ناشی از احتراق از اتاقک احتراق در نظر گرفته شده‌اند که به آنها مانیفولد دود می‌گویند. سیستم دیگری که بر روی سرسیلندر موتورها نصب می‌شود، سیستم سوپاپ‌هاست که شامل سوپاپ، میل سوپاپ، اسبک‌ها، فنرها و دیگر تجهیزات مربوطه است. اتاقک درونسوزی که عمل تراکم مخلوط هوا و سوخت و نیز عمل انفجار این مخلوط در آن صورت می‌گیرد نیز در بدنه سرسیلندر تعبیه شده و از لحاظ شکل و ابعاد، دارای گونه‌های فراوانی است.

 

آلیاژ‌های مورد استفاده در سرسیلندر 

در گذشته، بیشتر از آلیاژهای چدنی و آهنی در تولید سرسیلندر استفاده می‌شد، اما امروزه با پیشرفت تکنولوژی و شناخت آلیاژ‌های آلومینیم و ویژگی خاص آنها، تولید حجم وسیعی از قطعات موتور از جمله سرسیلندر، توسط ریخته‌گری آلیاژ‌های آلومینیم انجام می‌گیرد. آلیاژ مورد استفاده برای تولید سرسیلندر، باید دارای دو خصوصیت مهم باشد:

1. مقاومت در برابر تغییر فرم و تنش حاصل از احتراق سوخت و نیروهای وارد بر آن که باعث جلوگیری از نشت گاز می‌شود.
2. داشتن چقرمگی در دمای بالا که باعث جلوگیری از به‌وجود آمدن ترک در ناحیه بین سوپاپ ورودی و خروجی در معرض احتراق، می‌شود.

آلیاژ‌های آلومینیم ریختگی یکی از پرکاربردترین آلیاژ‌های ریختگی بوده و بین دیگر آلیاژ‌ها از بهترین قابلیت ریختگی برخوردار است. از خواص مطلوب این آلیاژ‌ها می‌توان به مواردی همچون سیالیت خوب برای پر کردن مقاطع باریک، نقطه ذوب پایین نسبت به دیگر فلزات، انتقال حرارت سریع از آلومینیم مذاب به قالب و در نتیجه کاهش زمان هر سیکل ریختگی، کنترل آسان انحلال هیدروژن توسط روش‌های گاززدایی و … اشاره کرد. آلیاژ ریختگی آلومینیم علاوه بر عناصر استحکام‌دهنده، باید دارای مقادیری کافی از عناصر سازنده یوتکتیک (معمولا سیلیسیم) به منظور دادن سیالیت لازم برای جبران کاهش حجم ناشی از موارد ریختگی باشد.

آلیاژ مورد استفاده در هر سرسیلندر از جنس آلیاژ آلومینیم – مس – سیلیسیم است. آلومینیم، سیلیسیم و CuAl2سیستمی سه جزئی را تشکیل می‌دهند. حد حلالیت مس در آلومینیم جامد تحت‌تاثیر وجود عنصری ثالث قرار نمی‌گیرد. مس، باعث افزایش استحکام و سیلیسیم باعث بهبود قابلیت ریختگی و کاهش تردی در دمای بالا می‌شود. آهن و منگنز مهم‌ترین ناخالصی در این آلیاژ‌ها بوده و به صورت اجزای ساختمانی که یک سری محلول جامد است، ظاهر می‌شوند. این اجزای ساختمانی به شکل‌هایی نظیر استخوان ماهی یا نوشته چاپی در ساختمان میکروسکوپی، ظاهر می‌شوند.

این آلیاژ‌ها با بیشتر از 3 تا 4 درصد مس، قابلیت عملیات حرارتی دارند، اما معمولا عملیات حرارتی آنها در مواردی به کار می‌رود که شامل مقداری منیزیم باشند زیرا باعث بهبود عملیات حرارتی آلیاژ می‌شود. آلیاژ‌های با درصد سیلیسیم متوسط (5 تا 7 درصد Si) دارای چقرمگی خوبی بوده و بیشتر در سرسیلندرها مورد استفاده قرار می‌گیرد. آلیاژ‌های با سیلیسیم بالاتر (بیشتر از 10 درصد) دارای ضریب انبساط حرارتی پایینی هستند که مزیتی برای قطعات با دمای کاری بالا محسوب می‌شود.

آلیاژ مورد استفاده در سرسیلندر باید دارای استحکام و چقرمگی بالایی باشد. استحکام و چقرمگی در مقابل هم قرار دارند، بنابراین باید بین این دو خصوصیت آلیاژ مورد استفاده در سرسیلندر، تعادلی برقرار شود. از طریق اضافه کردن عناصر دیگر، می‌توان استحکام آلیاژ‌های آلومینیم را افزایش داد. مثلا، با افزودن Sc به آلیاژ Al-Si و حتی دیگر آلیاژ‌های آلومینیم می‌توان مقاومت گرمایی و چقرمگی آلیاژ را افزایش داد. محققان در زمینه تاثیر افزودن عناصر مختلف به آلیاژ‌های آلومینیم بر مدول یانگ، مطالعه کرده و متوجه شدند که لیتیم بیشترین تاثیر را در بهبود مدول یانگ دارد.

در تحقیقی دیگر، 3 آلیاژ مختلف AlSi7MgCu 0.5, AlSi6Cu4 و AlMg3SiScZr برای ریخته‌گری سرسیلندر مورد بررسی قرار گرفت. دو آلیاژ اول به طور وسیعی برای تولید سرسیلندر استفاده می‌شوند. در حالی که آلیاژ AlMg3SiScZr بتازگی برای این منظور مورد استفاده قرار می‌گیرد. هر 3 آلیاژ در شرایط ریخته‌گری مشابه، دارای استحکام کششی تقریبا یکسانی هستند. خواص مکانیکی آلیاژ AlMg3SiScZr از بقیه بهتر بوده، اما استعداد بیشتری برای ترک گرم دارد. اضافه شدن Sc و Zr به آلیاژ AlMg3Si باعث ایجاد تاثیرات مثبت بر خواص مکانیکی آن شد، اما باعث افزایش قیمت آلیاژ می‌شود. خواص کششی، سیالیت و مقاومت به ترک گرم خوب دو آلیاژ AlSi6Cu4 و AlSi7MgCu0.5 باعث شده است که به عنوان آلیاژی مناسب برای تولید سرسیلندرهای آلومینیومی، باقی بمانند.

خواص حرارتی و مکانیکی آلیاژهای (AlMg3Sil, AlSi7Mg, AlSi5Cu3, AlMg3Sil (Sc,Zr را به منظور بررسی مقاومت آنها در برابر شکست ترمومکانیکال، مورد بررسی قرار داده و بهترین نتایج مربوط به آلیاژ AlSi7Mg به دست آمده است. این آلیاژ، رایج‌ترین آلیاژ در تولید سرسیلندرهای آلومینیمی موتورهای دیزلی به شمار می‌رود.

از دیگر آلیاژ‌های مورد استفاده برای ریخته‌گری سرسیلندر، می‌توان به دو آلیاژ (AlSi5Cu3Mg (AS5U3G و AlSiCu3Mg (AS7U3G) اشاره کرد که در شرکت‌های پژو و سیتروئن مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

 

 

روش ریخته‌گری سرسیلندر 

برای تولید سرسیلندرهای آلومینیمی از روش‌های مختلف ریخته‌گری استفاده می‌شود که می‌توان تفاوت آنها را در سه زمینه زیر بیان کرد:

1. نیرویی که باعث پر شدن قالب می‌شود
2. جنس قالب
3. سیستم راهگاهی

یکی از متداول‌ترین روش‌های ریخته‌گری در تولید سرسیلندر آلومینیمی، ریخته‌گری ثقلی است که مذاب توسط نیروی وزن خودش در 3 نوع قالب ماسه‌ای، دائمی و یا پوسته‌ای، تزریق می‌شود. از دیگر روش‌ها می‌توان به ریخته‌گری تحت فشار کم اشاره کرد که مذاب توسط فشار از پایین وارد قالب فلزی می‌شود. یکی از عوامل مهم در کیفیت قطعات ریخته‌گری، طراحی سیستم راهگاهی است. اگر سیستم راهگاهی به طور مناسب طراحی نشده باشد، امکان ایجاد جریان‌های توربولانس در حین پر شدن قالب به وجود می‌آید و کیفیت قطعه تحت‌تاثیر قرار می‌گیرد. نوع جریان حاصل از ریخته شدن مذاب از پاتیل به درون سیستم راهگاهی، عامل مهمی در ایجاد اکسیدها و عیوب، از جمله عیب نشتی در سرسیلندرهاست.

یکی از عوامل بسیار موثر در کیفیت قطعه ریخته‌گری شده، فرایند پر شدن قالب است. در خصوص سرسیلندرهای ریخته‌گری شده، این عامل بسیار تاثیرگذار است. در تحقیقی، تاثیر 3 سیستم راهگاهی متفاوت در ریخته‌گری ثقلی سرسیلندر (مطابق شکل 2) بررسی شده است.

استفاده از سیستم راهگاهی از بالا، باعث ایجاد شرایط سرد شدن بهتر در قسمت اتاقک اشتعال سرسیلندر شده و با به وجود آوردن شرایط انجماد جهت‌دار، خواص مکانیکی بهتری را در این قسمت از قطعه، ارائه می‌دهد. از دیگر مزایای این روش، جلوگیری از ایجاد جریان توربولانس سطحی است. از مزایای سیستم راهگاهی از پایین می‌توان به ایجاد جریان آرام مذاب در قالب اشاره کرد. از معایب این روش شرایط سرد شدن محدود برای اتاقک اشتعال است که باعث کاهش خواص مکانیکی این قسمت از قطعه می‌شود. انجماد جهت‌دار محدود در این قسمت، می‌تواند باعث ایجاد حفرات انقباضی شود. در سیستم راهگاهی دوطرفه، تمام مزایای سیستم راهگاهی از بالا وجود دارد و به خاطر شیب‌دار بودن کل سیستم در طول پر شدن، میزان جریان توربولانس بسیار کاهش می‌یابد.

نکته مهمی که باید در سیستم راهگاهی مورد توجه قرار گیرد، پرشدن کامل سیستم راهگاهی در حین ریخته‌گری است. تمام سطوح دیواره‌ها باید طوری طراحی شده باشند که در تماس کامل با مذاب قرار داشته و هیچ فاصله‌ای در حین پر شدن به وجود نیاید. اگر مذاب از دیواره‌ها جدا شود، به علت به وجود آمدن فضای بین آنها، جریان توربولانس سطحی به وجود آمده و باعث مکش هوا به داخل جریان و ایجاد اکسیداسیون می‌شود.

در سیستم راهگاهی دوطرفه، ارتفاع ریخته شدن مذاب از پاتیل تا حوضچه سیستم راهگاهی، بسیار کم بوده و جریان مذاب، به آرامی قالب را پر می‌کند.

در سیستم راهگاهی از بالا، این ارتفاع به 15 تا 20 سانتی‌متر می‌رسد. ارتفاع زیاد، باعث متمایل شدن جریان مذاب به سمت راست شده و با برگشت مذاب از کناره‌ها به وسط، میزان جذب هوا و اکسیداسیون افزایش می‌یابد. مهم‌ترین مزیت سیستم راهگاهی از پایین، آرام بودن جریان در حین پر شدن قالب است.

 

  عیوب متداول در ریخته‌گری سرسیلندر 

از رایج‌ترین عیوب در تولید سرسیلندرها، می‌توان به عیب نشتی اشاره کرد. این عیب ناشی از وجود حفرات گازی و انقباضی در قطعه است که اکثرا خود را در فرایند ماشین‌کاری نشان می‌دهد.

 

 

عوامل به وجود آمدن این حفره‌ها عبارتند از:

• نفوذ هیدروژن در مذاب
• انقباض در حین فرایند انجماد
• واکنش بین قالب و مذاب
• اکسیداسیون دمای بالا
• مک‌ها (که به صورت کروی بوده و به علت به دام افتادن گاز در حین فرایند انجماد به وجود می‌آیند).

بر طبق مطالعات انجام شده، برخی دلایل ایجاد این ضایعات عبارتند از:

1. به هم خوردن رژیم حرارتی قالب
2. پایین بودن چگالی ذوب
3. تنظیم نبودن دمای مذاب و استفاده از مشعل بر روی کوره نگهدارنده
4. تلاطم ذوب
5. آببند نبودن قالب
6. استفاده از رزین مصرفی در ماهیچه‌ها

یکی از مشخصه‌های بارز تخلخل انقباضی، شکل نامنظم و خشن آن است. این مشخصه، راهی خوب برای تشخیص عیب است. تخلخل‌های گازی به شکل حباب‌های دارای سطحی صاف و هموار در قطعه قابل مشاهده‌اند. از منابع اصلی این تخلخل‌ها می‌توان به هیدروژن محلول در مذاب، هوای حبس شده در راهگاه و بخارات آب در قالب، اشاره کرد. تخلخل گازی ممکن است به صورت اتفاقی باشد و در جاهایی که جریان غیرمتعارف است، متمرکز شود (نظیر هوای محبوس شده در میان مسیر جریان‌های سنگین). تخلخل انقباضی همواره بین سطوح متمرکز می‌شود و پس از انجماد رخ داده و گرم‌ترین مقطع یک قطعه ریختگی است.

یکی از راه‌های بهبود خواص سرسیلندرهای آلومینیومی، استفاده از فرایند فشار ایزواستاتیک مایع در دمای بالا (LHIP) است. در این فرایند، قطعه در حمام مایع داغ (نمک مذاب) قرار گرفته و از تمامی جهات، تحت فشار قرار می‌گیرد. این عمل مطابق شکل 5 باعث افزایش چگالی قطعه می‌شود. اعمال هم‌زمان فشار و دما باعث حذف حفرات انقباضی و گازی (هیدروژن) می‌شود. تحت این فشار و دما، هیدروژن در آلیاژ حل می‌شود. حفرات گازی حاوی از بین نمی‌روند زیرا نیتروژن قابلیت انحلال در آلیاژ آلومینیم را ندارد، تنها اندازه حفرات کوچک‌تر می‌شود. ترک‌ها و حفرات باز هم توسط نفوذ مایع پر می‌شوند.

به عنوان مثال، علمیات LHIP بر روی آلیاژ AlSi7Mg انجام شد و چگالی از  g/cm3 2/614 به g/cm3 2/672 معادل 2/2 درصد افزایش رسید.

 

نتیجه‌گیری 

سرسیلندر، از جمله قطعات خودرو است که در معرض تنش دینامیکی و دمای بالا قرار دارد. از این رو، باید دارای خواص مکانیکی خوب از جمله استحکام و چقرمگی بالا باشد. از آلیا‌های متداول برای تولید سرسیلندر می‌توان به خانواده آلیاژ آلومینیم- سیلیسیم- مس، نظیر AS7U3G, AS5U3G, AlSi7MgCu0.5, AlMg3SiScZr و AlSi6Cu4 اشاره کرد. ریخته‌گری ثقلی و ریخته‌گری تحت فشار پایین، از جمله روش‌های تولید صنعتی سرسیلندر به شمار می‌روند. در این فرایندها، طراحی سیستم راهگاهی باید با دقت تمام انجام شود زیرا ایجاد تلاطم در مذاب در حین پر شدن قالب، می‌تواند باعث بروز انواع عیوب در قطعه شود. از انواع سیستم راهگاهی در ریخته‌گری سرسیلندر، می‌توان به سیستم راهگاهی از بالا، از پایین و دوطرفه اشاره کرد که هر کدام دارای معایب و مزایای خود هستند. از عیوب بسیار رایج در سرسیلندرهای ریخته شده، عیب نشتی است که علت آن وجود حفرات انقباضی و گازی در قطعه است. از جمله منابع اصلی این تخلخل‌ها می‌توان به هیدروژن محلول در مذاب، هوای حبس شده در راهگاه و بخارات آب در قالب اشاره کرد که با انجام عملیات کیفی مناسب در مذاب، طراحی مناسب در سیستم راهگاهی و قالب، می‌توان تا حد زیادی آنها را کاهش داد.