با ریخته گری به صورت کاربردی آشنا شویم – قسمت هشتم: مدل

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. در قسمت های قبلی این نوشته، مطالبی در خصوص انواع قالب های ماسه ای ارائه شد. افرادی که آشنایی کمتری با ریخته گری دارند، شاید این سوال برایشان مطرح باشد که یک قطعه چگونه در داخل این قالب های ماسه ای ساخته می شود؟ به عبارت دیگر، شکل قطعه چگونه در درون این قالب های ماسه ای ایجاد می شود و مذاب چگونه می تواند پس از انجماد به شکل قطعه در بیاید؟

اگر این سوال برای شما هم مطرح شده است یا تمایل دارید اطلاعات بیشتری در این خصوص بدانید، پس با ادامه ی این مطلب همراه ما در عصر مواد باشید:

قالب ماسه ای یک محفظه ای است که شکل قطعه در داخل آن ایجاد شده است. مذاب فلزات و آلیاژها را داخل فضای خالی این محفظه هدایت می کنند. قالب به نحو مطلوبی از مذاب محافظت می کند تا بتواند سرد و به شکل فضای خالی قالب یا همان شکل قطعه منجمد شود. سپس قطعه ی جامد را از قالب جدا می کنند و به این ترتیب یک قطعه ریختگی در درون یک قالب ماسه ای متولد می شود. برای اینکه شکل قطعه را داخل قالب ماسه ای ایجاد کنیم، از یک مدل استفاده می کنیم. مدل وسیله ای است که به شکل قطعه و البته با رعایت برخی الزامات تولیدی از چوب، فلز، فوم، موم، پلاستیک و غیره ساخته می شود. اگر بخواهم خیلی ساده و مختصر وظیفه مدل و طرز استفاده از آن در قالب گیری و ریخته گری را توضیح بدهم باید بگویم: در ساخت قالب ماسه ای، مدل بر روی یک صفحه و معمولاً داخل درجه قرار می گیرد. درجه معمولاً از جنس فلز و به شکل یک قاب است و وظیفه ی حفظ و نگهداری ماسه در قالب را بر عهده دارد. سپس ماسه داخل درجه و روی مدل ریخته می شود. پس از قالب گیری و سفت شدن ماسه در بین مدل و درجه، مدل را از ماسه جدا می کنند و به این ترتیب شکل مدل در ماسه ایجاد می شود.

برای آشنایی بهتر با مباحث مطرح شده، مراحل قالب گیری و ریخته گری با یک مدل ساده دو تکه را به صورت تصویری برای شما آماده کرده ام که در شکل زیر آن را می بینید:

حال که با مراحل قالب گیری مدل آشنایی بیشتری حاصل شد، شاید برای شما هم این سوال پیش بیاید که آیا مدل دقیقاً به اندازه قطعه ساخته می شود؟ در ادامه ی این نوشته، به این سوال مهم پاسخ داده ایم:

آیا مدل دقیقاً به اندازه قطعه ساخته می شود؟

هر چند که مدل به منظور تولید یک قطعه با ابعاد معین به کار می رود ولی در عمل بنا به دلایل متالورژیکی و مکانیکی، ابعاد آن با ابعاد قطعه ریختگی یکسان نیست. علت این اختلاف را باید در موارد زیر جستجو کرد:

انقباض یا کاهش حجم قطعه ریختگی به هنگام سرد شدن در داخل قالب
کیفیت سطحی نامطلوب قطعات ریخته و لزوم ماشین کاری آن ها
تسهیل خارج کردن مدل از قالب ماسه ای

در صورتی که این موارد نادیده گرفته شود و مدل کاملاً به اندازه قطعه مورد نظر ساخته شود، قطعه ریختگی نهایی، صحت ابعاد و گاه شکل خود را از دست می دهد. به منظور جلوگیری از این عیوب و ساخت قطعه در ابعاد مورد نظر، مدل آن را با رعایت اضافه مجازهای انقباضی و ماشین کاری و شیب مدل می سازند.

به دلیل اهمیت این موضوعات در بحث مدل سازی، هر کدام از آن ها را به صورت ساده و مختصر توضیح می دهیم:

اضافه مجاز انقباضی:

کلیه فلزات و آلیاژهای ذوب شده پس از سرد شدن خود را جمع می کنند و حجم آن ها کوچک تر می شود که به آن انقباض می گویند. انقباض در سه مرحله فاز جامد، فاز مایع-جامد و فاز جامد شکل می گیرد. انقباض جامد به هنگام سرد شدن فلز منجمد شده در داخل قالب تا درجه حرارت اتاق اتفاق می افتد. میزان انقباض یا جمع شوندگی قطعه در این مرحله مورد توجه مدل ساز است و مقدار آن توسط وی محاسبه و در ساخت مدل مورد نظر قرار می گیرد تا قطعه نهایی کوچک تر از اندازه خود ریخته گری نشود. این مقدار اضافی که به منظور جبران کاهش حجمی ناشی از انقباض به ابعاد مدل اضافه می شود، به اضافه مجاز انقباضی موسوم است.

میزان انقباض فلزات علاوه بر جنس آن ها به عواملی مانند ابعاد قطعه، جنس قالب و ماهیچه، درجه حرارت ذوب، درجه حرارت کارگاه، فرایند قالب گیری، روش ریخته گری و غیره بستگی دارد. وظیفه مدل ساز این است که با این عوامل آشنا باشد و در ارتباط و همکاری مستمر با واحدهای قالب گیری و ریخته گری بتواند درصد صحیح انقباض را محاسبه کرده و به ابعاد مدل اضافه نماید. درصد انقباض تئوری و عملی برخی فلزات و آلیاژهای ریختگی برای قالب های ماسه ای را در جدول زیر جمع آوری کرده ام:

اضافه مجاز ماشین کاری

قطعات ریختگی معمولآً کیفیت سطحی مناسبی ندارند و نیاز به تمیزکاری و ماشین کاری سطحی دارند. از سوی دیگر حضور برخی عیوب سطحی از فرایند ریخته گری باعث می شود تا ماشین کاری قطعات ریختگی به ویژه در سطوح مونتاژی و سطوح نما از الزامات تولید آن ها باشد. به همین منظور، اضافه مجازی به نام اضافه مجاز ماشین کاری یا جا تراش در قطعات ریخته در نظر گرفته می شود و میزان آن به جنس، وزن و طرح قطعه ریختگی، فرایند قالب گیری و ریخته گری و روش تمیزکاری قطعه بستگی دارد. مقدار براده برداری مناسب و صحیح، در تعیین وزن و قیمت قطعه، زمان ماشین کاری و غیره موثر بوده و از اهمیت بالایی برخوردار است. مقدار تراش مجاز باید در نقشه مدل سازی اعمال شود تا پس از ساخته شدن مدل و ماشین کاری قطعه مشکلی به وجود نیاید. از جمله نواحی مهم قطعه برای اضافه نمودن اضافه تراش، محل تکیه گاه های ماهیچه، سطوح شیبدار و گوشه های گرد است. مقدار اضافه تراش برای سطوح داخلی و سطح فوقانی قطعه معمولاً از سایر سطوح بیشتر است. در هر حال با توجه به این که انجام عملیات ماشین کاری بیشتر در ارتباط مستقیم با هزینه های تمام شد یک قطعه است، باید سعی شود تا اضافه تراش و عملیات ماشین کاری به حداقل ممکن کاهش یاید. در برخی استاندارد و هندبوک ها مقداری مجاز برای اضافه بار ماشین کاری برای فلزات و آلیاژهای مختلف ذکر شده است. در شکل زیر، برای مثال به اضافه بار مجاز ماشین کاری برای قالب گیری دستی در ریخته گری ماسه ای چدن، فولاد و آلومینیوم نشان داده شده است.

شیب مجاز مدل سازی:

در قسمت های جانبی و داخلی مدل مقداری شیب اعمال می شود تا خارج کردن آن از قالب ماسه ای امکان پذیر باشد. شیب مدل نسبت به سطح افق و سطح جدایش قالب گیری، در نقاط مورد نظر، روی مدل ایجاد می شود. مقدار مجاز شیب به عواملی چون شکل و اندازه مدل، روش قالب گیری و دقت قطعه بستگی دارد. با توجه به این که همواره خارج نمودن مدل از قالب ماسه ای آسان تر از عکس این عمل است، لذا شیب قسمت هایی از مدل که در تای زیر قرار می گیرد، کمتر از شیب قسمت هایی است که در تای رو قرار می گیرد. مقدار شیب مجاز برای مدل های که فقط در تای زیر قرار می گیرند معمولاً حدود ۲ درصد و برای قسمت هایی از مدل که در تای رو قرار می گیرند تا حدود ۴ درصد افزایش می یابد. میزان شیب در سطوح داخلی بیشتر از سطوح خارجی بوده و گاهی به حدود ۶ درصد نیز می رسد.