با ریخته گری به صورت کاربردی آشنا شویم – قسمت ششم: ماهیچه

ریخته گری یکی از روش های تولید قطعات فلزی است که در آن فلزات و آلیاژها را به صورت مذاب در محفظه ای به نام قالب بارریزی می کنند تا پس از انجماد، شکل فضای خالی قالب را به خود بگیرد و قطعه ای جامد با شکل، ابعاد و خواص مورد نظر از درون آن خارج شود. اگر برای ریخته گری قطعات توخالی تمهید خاصی اندیشیده نشود، مذاب همه ی قسمت های توخالی درون قالب را پر می کند و ما با یک قطعه ی کاملاً توپر روبرو خواهیم شد. تا حالا فکر کرده اید که قطعات توخالی مثل یک شیر و زانویی را چگونه ریخته گری می کنند تا به صورت تو پر تولید نشود؟ اگر راجع به این موضوع فکر هم نکرده باشید، شاید برایتان جذاب باشد که پاسخ این سوال را بدانید.

ممکن است ذهن کسانی که هیچ آشنایی قبلی با فرایندهای ریخته گری و قالب گیری ندارند، به سمت عملیات سوراخ کاری قطعه پس از ریخته گری منحرف شود، هر چند که ممکن است از روش سوراخ کاری برای تو خالی کردن سوراخ ها و حفرات کوچک در قطعه استفاده شود، ولی آیا به نظرتان این روش همیشه ممکن و اقتصادی است؟ چگونه می توان با این روش، فضاهای توخالی یک بلوک سیلندر، یا یک اتصال فلنج و یا یک شیر پروانه ای بزرگ چند صد کیلوگرمی را خالی کرد؟ آیا امکان سوراخ کاری فضای بین پره های یک پروانه ی پمپ یا قطعات با اشکال پیچیده وجود دارد؟ با فرض ممکن بودن، به نظرتان چقدر باید هزینه نمود تا یک فضای توخالی در یک قطعه ی سخت چدنی یا فولادی ایجاد شود؟ حتی اگر سوراخ کاری یک قطعه ی توپر ممکن و اقتصادی هم باشد، به نظرتان با آن همه دورریز از یک قطعه ی با ارزش فلزی به منظور خالی کردن فضاهایی از داخل آن، آیا تولید این قطعه به روش ریخته گری مقرون به صرفه خواهد بود؟! شاید می خواهید داد بزنید که بس است دیگر! قانع شدیم! زود باش بگو راهکار ریخته گرها برای تولید این نوع قطعات چیست؟

پس می رویم سرِ اصل مطلب:

در ریخته گری برای تو خالی در آوردن فضای داخلی قطعات از یک قالبی درون قالب اصلی استفاده می کنند که به آن ماهیچه می گویند. در واقع ماهیچه یک قسمتی از قالب اصلی یا قالبی مستقل ولی داخل آن است که باعث می شود مذاب نتواند فضاهای داخلی قالب اصلی را که ماهیچه در آن قرار گرفته است، پر کند. در نتیجه مذاب تنها در فاصله ی بین قالب اصلی و ماهیچه پر می شود و قطعه ی توخالی شکل می گیرد. در این صورت، هنگام بیرون آوردن قطعه ی منجمد شده از درون قالب، ماهیچه را در فضای توخالی آن خواهیم دید. حال باید ماهیچه را از این فضای توخالی بیرون کشید و این کار، به مراتب کار آسان تر و کم هزینه تری نسبت به تولید یک قطعه ی توپر و سپس خالی کردن فضای داخلی یک فلز است. برای تفهیم بیشتر پیشنهاد می کنم ویدیوی زیر را از عصر مواد تماشا کنید. ویدیو انیمیشن ریخته گری ثقلی آلومینیوم در یک قالب فلزی است ولی نقش ماهیچه یا به انگلیسی core در این ویدیو به خوبی نشان داده شده است:

قطعات به رنگ روشن در داخل قالب تیره، ماهیچه هستند.

قطعه به رنگ روشن که با جرثقیل حمل می شود، ماهیچه است.

اگر با مفهوم ماهیچه و لزوم استفاده از آن در قطعات ریخته آشنا شدید، ممکن است سوالات جدیدتری برایتان مطرح شده باشد، در ادامه ی این نوشته، به برخی از پرسش های متداول در خصوص ماهیچه پاسخ داده می شود. پس همراه ما با ادامه ی این مطلب در عصر مواد باشید:

جنس ماهیچه از چیست؟

اگر در سطرهای بالا، توضیح ماهیچه را به دقت خوانده باشید، حتماً متوجه شده اید که ماهیچه باید دارای چند ویژگی مهم از جمله موارد زیر باشد:

داشتن انعطاف لازم به منظور شکل دادن آن و ساخت ماهیچه در شکل فضاهای توخالی انواع قطعات

داشتن استحکام مناسب (نه کم و نه زیاد)، تا در حمل و نقل و جاگذاری نشکند، در مقابل جریان مذاب کنده و سابیده نشود، مذاب در آن نفوذ نکند و در عین حال، در اثر استحکام زیاد تنشی به قطعه وارد نکرده و منجر به ایجاد ترک در آن نشود و تخلیه ماهیچه از داخل قطعه هم خیلی مشکل و پر دردسر نباشد.

تولید حداقل گاز در هنگام تماس با مذاب و داشتن قابلیت عبور گاز تا منجر به عیوب گازی در قطعه نشود.

قابلیت متلاشی شدن و از هم پاشیدگی ماهیچه به هنگام انجماد مذاب تا منجر به ایجاد تنش و ترک خوردن قطعه نشود، همچنین در هنگام تخلیه ی ماهیچه تا امکان خارج شدن کم دردسر آن از داخل قطعه فراهم باشد.

علاوه بر این موارد، دیرگدازی، تغییرات حجمی (انقباض و انبساط) کم، ایجاد صافی سطح مناسب در قطعه، امکان و سهولت تولید، قیمت ارزان و در دسترس بودن هم از مشخصه های مهم ماهیچه است.

چه ماده ای می تواند این ویژگی های مهم را به یک ماهیچه بدهد؟

پاسخ مطمئناً آن چیزی است که در صنعت ریخته گری به وفور استفاده می شود و آن چیزی نیست جز مخلوط ماسه و چسب. البته ممکن است با لحاظ برخی شرایط و برای ریخته گری برخی فلزات و قطعات از مواد دیگری هم چون فولاد، چدن، گچ، کربن و گرافیت در ساخت ماهیچه استفاده شود ولی آن چه عمومیت دارد ماهیچه های ماسه ای است. چه ماده ای بهتر از مخلوط ماسه می تواند ویژگی های فوق را داشته باشد؟!

ماسه ی مورد استفاده هم معمولاً ماسه سیلیسی است ولی ممکن است در برخی کاربری ها از ماسه های زیرکنی، اولوینی، کرومیتی و شاموتی هم استفاده شود. ویژگی بارز ماسه های مصرفی برای ماهیچه گیری نسبت به ماسه ی قالب اصلی، دانه بندی کروی و درشت تر ماسه به منظور افزایش قابلیت نفوذ گاز و در حداقل بودن مقدار خاک رس آن به منظور افزایش قابلیت از هم پاشیدگی ماهیچه است.

ماهیچه ماسه ای چگونه ساخته می شود؟ روش های ساخت ماهیچه چیست؟

در قسمت اول این نوشته، در بحث انواع قالب ماسه ای از ماسه تر، ماسه رزینی یا چسب دار و ماسه با چسب سیلیکات نام بردیم. برای ساخت ماهیچه از ماسه سیلیسی سه نوع روش در صنعت کشورمان عمومیت بیشتری دارند. این روش ها عبارتند از:

CO₂ و چسب سیلیکات (آب شیشه)

در این روش برای سخت شدن ذرات ماسه سیلیسی از چسب سیلیکات سدیم (آب شیشه) و گاز CO₂ استفاده می شود. اساس کار به این صورت است که در مرحله ی آماده سازی مخلوط ماسه برای ماهیچه گیری، چسب سیلیکات سدیم به مقدار مشخص به ماسه سیلیسی اضافه می شود. سپس گاز CO₂ به درون این مخلوط تزریق شده و با واکنش انجام گرفته درون جعبه ماهیچه، ماسه سخت می شود.

در این روش سیلیکات سدیم معمولاً به مقدار ۳ تا ۶ درصد وزنی ماسه سیلیسی به آن اضافه می شود. پس از اضافه کردن چسب به ماسه، آن ها را تا هنگامی مخلوط می کنند که چسب کاملاً به صورت همگن در داخل ماسه توزیع شود و به صورت گلوله باقی نماند. پس از آماده شدن ماسه، ماهیچه گیری با این مخلوط انجام می شود و بلافاصله پس از آن تا حداکثر مدت زمان ۶ دقیقه، گاز CO₂ با فشار حدود ۳-۱ بار به مدت معمولاً ۵ الی ۶۰ ثانیه به درون ماسه تزریق می شود. برای این منظور معمولاً قالب با سیخ زدن، سوراخ شده و نازل شلنگ گاز یا پروب در آن سوراخ فرو برده می شود تا گازدهی صورت بگیرد. با دمش گاز CO₂ به قالب، بلافاصله واکنشی بین گاز کربنیک و سیلیکات سدیم انجام می گیرد. در اثر این واکنش، سیلیس به صورت سیلیکاژل (سیلیس ژلاتینی) دانه های ماسه را به یکدیگر پیوند می دهد.

اطلاعات کامل از این روش را می توانید در لینک زیر از عصر مواد بخوانید:

با ریخته گری به صورت کاربردی آشنا شویم – قسمت سوم: ماسه CO₂

ماهیچه از جنس ماسه CO₂

هات باکس یا جعبه گرم

به دلیل استفاده ی بیشتر از ماسه چراغی در این روش، معمولاً روش هات باکس با نام ماسه چراغی شناخته می شود. ماسه چراغی به صورت آماده به مصرف و در دانه بندی های مختلف عرضه می شود. این ماسه پس از قالب گیری و ماهیچه گیری در ریخته گری ها، تحت حرارت به استحکام لازم می رسد. شرکت های عرضه کننده ی ماسه چراغی، رزین های فنولیک (اوره فرمالدهید یا فنول فرمالدهید) را به عنوان چسب به همراه یک اسید یا فعال کننده ی نیتراتی یا کلریدی و مواد دیگری به عنوان روان کننده یا سایر نقش ها به ماسه اضافه می کنند. پلیمریزاسیون این مواد در داخل ماسه چراغی در دمای حدود ۲۰۰-۱۵۰ درجه سانتیگراد منجر به سخت شدن قالب می شود.

به دلیل روانی ماسه چراغی و استفاده از حرارت برای سخت شدن آن معمولاً نیاز به کوبیدن ماسه در جعبه ماهیچه نیست. برای ماهیچه گیری، ماسه چراغی را داخل جعبه ماهیچه فلزی می ریزیم و قالب یا جعبه را با مشعل تا دمای تقریبی ۲۵۰-۲۰۰ درجه سانتیگراد گرم می کنیم. برای کاهش زمان ماهیچه گیری، جعبه ماهیچه را قبل از ماسه ریزی گرم می کنند و سپس ماسه چراغی را داخل آن می ریزند. در این صورت نیز، بر اثر تماس ماسه چراغی با جعبه ماهیچه داغ، ماسه سخت و محكم می شود.

اطلاعات کامل از این روش را می توانید در لینک زیر از عصر مواد بخوانید:

با ریخته گری به صورت کاربردی آشنا شویم – قسمت سوم: ماسه چراغی

ماهیچه از جنس ماسه چراغی

کلد باکس یا جعبه سرد

در این روش بیشتر از ماسه فوران استفاده می شود. اساس کار در ماسه فوران به این صورت است که در مرحله ی آماده سازی مخلوط ماسه برای ماهیچه گیری، مقدار مشخصی رزین فوران به همراه یک کاتالیزور اسیدی به ماسه سیلیسی اضافه می شود. پس از گذشت مدت زمان کوتاهی، ماهیچه سخت می شود.

در این روش، رزین فوران در حدود ۰٫۹ تا ۲ درصد وزنی ماسه به آن اضافه می شود. اسید نیز به مقدار ۲۰ تا ۵۰ درصد وزنی رزین به ماسه اضافه می شود. ترتیب اضافه کردن چسب و اسید از اهمیت زیادی برخوردار است. برای این منظور پس از اضافه کردن ماسه و مواد افزودنی، ابتدا اسید اضافه می شود و پس از اختلاط کامل ماسه و اسید، چسب به آن اضافه می شود و دوباره عمل مخلوط شدن انجام می گیرد. واکنش کیورینگ و سخت شدن ماسه بلافاصله پس از مخلوط شدن شروع می شود، لذا محدودیت زمانی برای ماهیچه گیری وجود دارد.

اطلاعات کامل از این روش را می توانید در لینک زیر از عصر مواد بخوانید:

با ریخته گری به صورت کاربردی آشنا شویم – قسمت سوم: ماسه فوران

ماهیچه از جنس ماسه فوران

اگر تمایل دارید یک ویدیویی از ساخت ماهیچه را ببینید، بر روی لینک زیر در عصر مواد کلیک کنید. یک ویدیوی مناسب و اختصاصی عصر مواد از ماهیچه گیری به روش CO₂ است.

ماهیچه گیری به روش ماسه CO2 برای ریخته گری پروانه پمپ – ویدیوی اختصاصی

و اگر دلتان می خواهد ویدیوهایی از نقش ماهیچه و استفاده از آن در ریخته گری ببینید، هر کدام از لینک های زیر، ویدیوهای بسیار مناسبی را برای شما به نمایش می گذارند:

آماده سازی و ماهیچه گذاری قالب های ماسه CO2

ریخته گری ماسه ای آلومینیوم در کارخانه آمریکایی

ریخته گری بلوک موتور BMW از آلیاژ آلومینیوم

قالب گیری برای ریخته گری فولاد در قالب ماسه ای – ویدیو از کارخانه اسپانیایی

ریخته گری دایکاست ثقلی یا ریژه

ادامه این مطلب را که باز اختصاص به ماهیچه ها دارد، در قسمت بعدی دنبال کنید.