ریخته گری
ریخته گری یکی از مهمترین فرآیندهای تولید است.
به طوری که مثلا در ایالات متحده آمریکا که یک کشور توسعه یافته صنعتی است.
ریخته گری از نظر حجم در مقام ششم صنایع اساسی قرار دارد .
یک موتور 8 سیلندر اتومبیل ممکن است تا حدود 130 قطعه ریخته گری داشته باشد.
قطعات ریخته گری (ریختگری) از نظر اندازه از حدود 1 میلیمتر با وزن کمتر از 1 گرم مانند دندانه یک زیپ لباس شروع و ممکن است تا حدود 10 متر با وزن چندین تن ٬ مانند قطعات کشتی های بزرگ اقیانوس پیما برسد.
درفرآیند ریخته گری اگر قطعه حاصل از تولید به شکل نهایی آن را قطعه ریخته گری (Casting) واگر شکل واسطه باشد که بعدا به شکلها ومقاطع مختلف تبدیل شود آنرا شمش (Ingot) می نامند.
ریخته گری اساسا به فرایندی گفته میشود که طی آن ماده مذاب ( معمولا یک فلز مذاب) در فضای خالی قالبی که قبلا تهیه شده ریخته می شود٬ تا پس از انجماد شکل نهایی قالب را به خود بگیرد.امتیاز مهم ریخته گری در امکان تهیه اشکال پیچیده ،قطعات با سطوح منحنی نامنظم ، قطعات خیلی بزرگ و قطعاتی که امکان ماشینکاری آنها دشوار است، می باشد.
امروزه تقریبا تمام فلزات را می توان ریخته گری کرد.اما این نکته همیشه باید مد نظر باشد که از هر فرایند شکل دهی زمانی استفاده می کنیم که در مقایسه با روشهای دیگر مقرون به صرفه بوده و دسترسی به تجهیزات و لوازم آن آسان باشد.البته هرفرایند شکل دهی مواد از عواملی نظیر تعداد،اندازه ،کاربرد قطعه و توجیه فنی و اقتصادی تاثیر پذیر خواهد بود.
فلزاتی که غالبا در ریخته گری مورد استفاده قرار می گیرندعبارتند از : آهن،فولاد ،الومینیوم ،برنج،برنز، منگنزو بعضی از آلیاژهای روی.
در میان این فلزات آهن از نظر خواص مطلوب ریخته گری از قبیل سیالیت درحالت مذاب،انقباض ناچیز بعد از سرد شدن،استحکام کافی و موارد کاربرد،بیش از سایر فلزات به روش ریخته گری شکل داده می شود.
در حالیکه فلزات دیگری از قبیل الومینیوم به علت وزن کمترو مشخصات مخصوص دربعضی از صنایع از قبیل صنعت خودروسازی ،به تدریج جای آهن رامی گیرد.
عموما مراحل ریخته گری فلزات به شرح زیر است:
1- طراحی قطعه مورد نظر و تهیه نقشه ریخته گری از آن.
2- تهیه مدل مناسب قطعه از روی نقشه ریخته گری.
3- تهیه مذاب از فلز موردنظر با آنالیز مطلوب.
4- تهیه قالب مناسب یا فضای خالی که به شکل قطعه است.
5- تهیه ماهیچه برای مناطق توخالی قطعه ریختگی و نصب آن در داخل قالب.
6- ریختن فلز مذاب به داخل قالب با دما وسرعت مناسب به طوریکه گازهای متصاعد شده بتونند ازداخل قالب خارج شوندوفضای قالب به طور کامل از فلز مذاب پر شود.
7- کنترل سرد شدن فلز مذاب در داخل قالب به طوری که بر اثر انقباض ،فضای خالی یا حفره درداخل قطعه ایجاد نشود.
8- بعد از انجماد قطعه ریخته گری به راحتی باید بتواند از درون قالب بیرون بیاید.
9- قسمت های اضافی که به قطعه چسبیده اند باید به آسانی از قطعه جدا شوند.
تهیه قالب تهیه قالب یکی از مهم ترین مراحل ریخته گری فلزات می باشد.
توجیه پذیری اقتصادی ، تعداد قطعه اندازه قطعه ، کیفیت سطح قطعه پیچیدگی شکل قطعه از عوامل مهمی هستند که در قالب یا تهیه قالب قطعات ریختگی باید مد نظر قرار بگیرند .
امروزه مهمترین روشهای قالب گیری فلزات به شرح زیر می باشند .
ریخته گری در قالب ماسه ای ریخته گری در قالب دائمی بدون فشار ریخته گری در قالب دائمی تحت فشار(دایکاست) ریخته گری گریز از مرکز که عمدتا در داخل قالبهای فلزی صورت می گیرد .
گرچه ممکن است د رداخل قالب های ماسه ای نیزانجام شود.
ریخته گری با مدل های ذوب شدنی lost foam casting، lost wax casting که ریخته گری دقیقی برای قطعات بسیار بزرگ تکی می باشد .
ریخته گری پوسته ای shell molding ریخته گری در قالب گچی plaster molding که معمولا برای قطعات دقیق و زینتی به کار می رود که از آلیاژهایی که نقطه ذوب پایینی ( کمتر از 1000 درجه سانتیگراد) دارند ، ساخته می شوند تهیه مدل مدل دقیق مشابه قطعه ریختگی می باشد که تغییراتی بر حسب نیاز بر روی ان انجام می شود .
مدل های دائمی بر حسب تعداد قطعات ریختگی از چوب ، پلاستیکهای فشرده یا الومینیوم ساخته می شوند .
در ساخت مدل پارامترهایی باید مد نظر قرار بگیرند که عبارتند از : اعمال ضریب انقباض فلز شیب مدل گوشت اضافی برای ماشین کاری اعمال ضریب انقباض فلز معمولا اکثر فلزات به هنگام انجماد انقباض حجمی از خود نشان می دهند و قطعه پس از انجماد به طور پیوسته تا رسیدن به دمای محیط منقبض می شود .
این انقباض ممکن است تا 6 درصد نیز برسد .
بنابراین در ساختن مدل حتما باید انقباض حجمی فلز منظور شود .
نسبت کاستی به حجم قطعه موجود به بیش از 2 درصد یا 25% اینچ در فوت می رسد .
ضریب انقباض برای چند فلز معمول مهندسی به شرح زیر است .
چدن 0.8 % الی 1% فولاد 1.5 % الی 2% الومینیم 1% الی 1.3% منیزیم 1% الی 1.3% برنج و برنز 1.5% معمولا این ضرایب بر روی خط کش های مخصوص اعمال می شوند که مدل ساز برای ساخت مدل از خط کش مخصوص استفاده می کند .
اگر قرار باشد مدل فلزی از روی مدل چوبی ریخته گری شود ، در مدل چوبی علاوه بر ضرایب انقباض قطعه ، ضرایب انقباض مدل فلزی نیز منظور می شود .
البته استفاه از خط کش های انقباض باید با دقت کافی انجام گیرد ، زیرا انقباض حرارتی تنها عامل موثر بر تغییر ابعاد هنگام انجام نیست .
تبدیل های فازی ( شامل واکنشهای یوتکتوپدی ، مارتنزیتی و گرافیتی شدن ) نیز می توانند موجب انقباض ها یا انبساط های قابل توجهی شوند.
شیب مدل در ریخته گری مدل های دائمی حتما باید مدل بتواند به راحتی از داخل قالب بیرون بیاید .
بنابراین قالب معمولا دو تکه است .
رعایت دقت محل جدایش یا سطح جفت شونده دو قسمت قالب بسیار مهم است .
همچنین برای سطوحی از مدل که به موازات جهت خروجی از قالب هستند .باید شیب مناسبی منظور نمود .
اگر سطوح مدل دقیقا به موازات جهت خروج از قالب باشد بر اثر اصطکاک سطوح مدل با دیواره های قالب در موقع در اوردن مدل از قالب سطوح و دیواره های قالب کنده می شود .
این اشکال در گوشه ها و زاویه های تیز دیده خواهد شد .
برای جلوگیری از این کار در این گونه صفحات شیبی منظور می شود که با شکل .
اندازه و عمل مدل در ماسه متناسب می باشد .
گوشت اضافی برای ماشین کاری در اکثر قطعات ریختگری ، قطعات بعد از فرایند ریخته گری ، برای رسیدن به صافی سطح مطلوب واندازه واقعی به انواع مختلفی از عملیات ماشین کاری نیاز خواهند داشت .
برای انجام این ماشین کاری ها ابعاد مدل یا قطعه ریخته گری را تا اندازه ای بزرگتر از قطعه واقعی در نظر گرفته می شود این ابعاد اضافی را گوشت اضافی برای ماشین کاری می نامند .
اماده سازی ماسه قالب گیری ماسه ای که برای ساخت قالب های ریخته گری به کار می رود عمدتا اکسید سیلیسم SiO2 است .
برای فلزاتی که نقطه ذوب بالایی دارند ، از قبیل فولادها ،ازاکسید زیرکونیم ZrO2 استفاده می شود .
قالبی که از ماسه ساخته می شود باید استحکام کافی برای ریخته گری سالم قطعه مورد نظر را داشته باشد .
علاوه بر ان هر ماسه ریخته گری حتما باید دارای مشخصات زیر باشد : 1-دیر گدازی یا قابلیت تحمل دمای فلز ریخته گری 2- چسبندگی یا قابلیت نگهداشتن شکل مطلوب پس از قالب گیری 3- نفوذ پذیری یا قابلیت عبود دادن گازها از خود 4- قابلیت متلاشی شدن پس از انجماد فلز برای تعیین مشخصات ماسه ازمایشگهای استانداردی روی ماسه انجام می گیرد که عموما پارامترهای زیر را تعیین می کند .
شکل ماده اندازه ماده توزیع دانه بندی دمای ذوب ماسه ناخالصی های ماسه ( میزان خاک رس و سایر اکسیدهای زودگداز) سختی ، استحکام ، نفوذپذیری بعد از فشرده شدن ( تر و خشک ) تاثیر مقادیر افزودنی روی خواص ماسه مختصری درباره فرایند انجماد در ریخته گری انجماد عامل ایجاد بسیاری از ویژگیهای ساختمانی است که کنترل کننده خواص محصول نهایی هستند .
بسیاری از نواقص ریخته گری از قبیل انقباض و تخلخل گازی از فرایند انجماد حاصل می شوند ، که با دقت در فرایند و اشراف به نواقص حاصله تا حدود زیادی می توان از شدت این نواقص بکاهیم .هر فرایند انجماد شامل دو مرحله می باشد که عبارتند از : جوانه زنی و رشد .
جوانه زنی هنگامی که یک ذره جامد و پایدار در مایع مذاب تشکیل می شود به این عمل جوانه زنی ( هسته سازی ) می گوییم .
هنگام تبدیل فاز جامد انرژی داخلی ماده کاهش می یابد ، زیرا دردماهای پایین تر ، فاز جامد پایدارتر از فاز مایع است .
در همین هنگام سطوح مشترکی بین نطفه های جامد و مایع مذاب اطراف تشکیل می شود که این عمل نیازمند انرژی است .
به همین علت جوانه زنی در دمایی که قدری کمتر از نقطه ذوب تعادلی فلز است ، شروع می شود .
به اختلاف بین دمای نقطه ذوب و دمای شروع جوانه زنی ، فوق تبرید می گویند .
در بیشتر کارگاه های بزرگ ریختگری قبل از ریختن مذاب به درون قالب مقداری نا خالصی به ان اضافه می کنند ( به این عمل تلفیح یا پالایش دانه نیز می گویند ) دلیل این کار این است که در این حالت انجماد بدون ایجاد یک فصل مشترک کامل گرد هسته صورت می گیرد .
معمولا جداره های داخلی قالب و ذرات جامدی که به عنوان نا خالصی وارد مذاب شده اند ، این سطوح را تشکیل می دهند .
از انجا که هر جوانه به بلور یا دانه ای در قطعه ریختگی منجر می شود و از طرفی ساختار ریز دانه دارای خواص مکانیکی و استحکام بهتری است ، لذا هر عامل که موجب هسته گذاری می شود موجب بالارفتن کیفیت محصول نهایی می شود .
در نتیجه ذرات جامد نا خالصی مکانهای زیاد مناسبی برای جوانه زنی در سرتاسر قطعه به وجود می اورند و در نتیجه محصول ریزدانه و یکنواخت به دست می اید .
رشد رشد وقتی صورت می گیرد (که گرمای نهان ذوب به طور پیوسته از فاز مایع خارج شود .
جهت ، آهنگ و نوع رشد یا با نحوه خارج کردن حرارت از فاز مایع ارتباط دارد .
برای جبران نقیصه انقباض ، ماده مذابی که در طرف مایع وجود دارد ، به طور پیوسته به طرف قالب جریان می یابد .
هر چه آهنگ سرد کردن سریع تر باشد ، ماده حاصله ریز دانه تر و در نتیجه دارای خواص مکانیکی بهتری خواهد بود .) منبع و ماخذ www.mohandesah.com www.blogfa.com