0
04136674922

ریخته‌گری در قالب ماسه‌ای + هندبوک

ریخته‌گری از کهن ترین روش‌های تولید قطعات فلزی است که در آن، مذاب فلزات را در یک قالبی ریخته و اجازه می‌دهند تا منجمد شود و شکل فضای خالی قالب را به خود بگیرد. در نهایت قطعه منجمد شده را از درون قالب خارج می کنند. اکثر مواد فلزی همچون آلیاژهای پایه آهنی، برنز، برنج، آلومینیوم، منیزیم، روی، قلع، طلا و فلزات گران‌بها و غیره قابلیت ریخته‌گری دارند. روش سنتی ولی پرکاربرد ریخته ‌گری فلزات، ریخته‌گری آن ها در قالب‌ های ماسه ‌ای بوده و هزاران سال است که مورد استفاده قرار می گیرد.

 

 

 

 

به ‌طور خلاصه، ریخته‌گری در قالب ماسه ای به ترتیب مراحل زیر انجام می‌گیرد:

 

  • قراردادن یک مدل (دارای شکل قطعه) بر روی یک صفحه و داخل یک محفظه (به این محفظه درجه می گویند)
  • ریختن ماسه داخل درجه و روی مدل
  • فشردن ماسه در اطراف مدل به منظور ایجاد اثری پایدار از آن در روی ماسه
  • تعبیه و ایجاد یک مسیر مذاب رسانی به داخل قالب (که به آن سیستم راهگاهی می گویند)
  • در آوردن مدل و سیستم راهگاهی
  • در صورت استفاده از ماهیچه، قرار دادن ماهیچه در قسمت های مورد نظر از فضای خالی قالب
  • جفت کردن لنگه های درجه (تای رو و تای زیر) روی هم و کامل شدن قالب ماسه ای
  • مذاب ریزی با پرکردن حفره قالب با فلز مذاب
  • سرد و منجمد شدن مذاب در داخل قالب
  • متلاشی کردن قالب ماسه ای و تخلیه قطعه ریختگی

 

 

 

برای استفاده از روش قالب ماسه ‌ای معمولاً محدودیتی در شکل، وزن و پیچیدگی قطعه وجود ندارد و تقریباً هر آلیاژی با این روش قابل ریخته ‌گری است. البته صافی سطح قطعه در این روش به خوبی دیگر روش‌ های ریخته گری نیست و معمولاً فرایند بعدی ماشینکاری بر روی قطعات ریخته شده در این قالب ها انجام می ‌شود.

 

جزء اصلی در مخلوط ماسه ی قالب گیری، ماسه است. ماسه، ذرات ریز معدنی با قطر ۰٫۵ تا ۲ میلیمتر است. ماسه ‌های مورد استفاده در فرایند ریختگی انواع مختلفی دارد که می ‌توان آن ‌ها را از نظر نحوه تهیه و دسترسی،‌ شکل ظاهری و ترکیب شیمیایی تقسیم‌بندی نمود.

 

 

دسته بندی ماسه های ریخته گری از نظر نحوه تهیه و دسترسی

 

از نظر نحوه تهیه و دسترسی، ماسه ی قالب گیری مورد استفاده در ریخته گری، در دو گروه ماسه‌ طبیعی و ماسه‌ مصنوعی دسته بندی می ‌شوند. ماسه ‌های طبیعی مستقیماً از منابع طبیعی استخراج می‌شوند و هیچ‌ گونه کار اضافه ‌ای بر روی آن‌ها انجام نمی‌ شود، مانند ماسه ‌های کنار رودخانه.

ماسه ی مصنوعی از شکستن، خرد کردن، غربال و دانه بندی سنگ های مخصوص به دست می آید. معمولاً این نوع ماسه ‌ها تحمل دمایی بیشتری دارند و از کنترل بهتری روی ترکیب و خواص فیزیکی و مکانیکی مخلوط ماسه برخوردار هستند، اما قیمت آن ها بالا است.

 

 

دسته بندی ماسه های ریخته گری از نظر نوع و ترکیب شیمیایی:

 

  • ماسه سیلیسی (SiO2)

 

ساختار سیلیس در دماهای مختلف دچار تغییر می‌شود و استحاله فازی آن به گونه زیر است:

 

 

قابل ذکر است استحاله‌ای که در دما ۵۷۳ درجه ‌سانتی‌گراد رخ می‌دهد همراه با تغییر حجم چشمگیری است و و ممکن است موجب ایجاد ترک و جاری شدن مذاب بشود. این نوع ماسه به دلیل فراوانی و ارزان بودن، پرکاربردترین ماسه‌ ریخته گری در صنعت است. خواص ماسه سیلیسی را می ‌توان با استفاده از افزودنی ‌ها تا حدودی بهبود بخشید.

 

 

  • ماسه زیرکنی (ZrO2.SiO2)

 

این ترکیب جزء اصلی سنگ‌های آذرین است و در سنگ‌های دگرگونی شده خاص یافت می‌شود. انتقال حرارت این نوع ماسه بالا بوده و سرعت سرد کردن آن تا چهار برابر ماسه سیلیسی است، بنابراین قطعه نهایی ریخته گری شده در این ماسه خواص مکانیکی بهتری خواهد داشت. ضریب انبساط حرارتی آن پایین است و دیرگدازی بالایی دارد (نقطه ذوب آن بیش از ۲۴۰۰ درجه سانتی‌گراد و نقطه زینتر شدن آن بیش از ۲۰۰۰ درجه سانتی‌گراد است). تنها محدودیت این ماسه قیمت بالای آن است. به همین دلیل معمولاً به عنوان ماسه رویی مدل (ماسه‌ای که با مذاب در تماس است) استفاده می‌شود. از این ماسه برای ریخته‌گری فولادها استفاده می‌شود.

 

 

  • ماسه کرومیتی (FeCr2O4)

 

ماسه کرومیتی سیاه رنگ است و دارای پایداری حرارتی، دیرگدازی و انتقال حرارت بالایی است اما به دلیل داشتن ناخالصی باعث ایجاد عیوب گازی در قطعات ریختگی می‌شود. این نوع ماسه برای تهیه ماهیچه‌هایی که در معرض دما بالا قرار دارند استفاده می‌شود. همچنین به دلیل مزایایی که دارد به عنوان ماسه رویی در ریخته‌گری فولادها کاربرد دارد.

 

 

  • ماسه اولیوین (۲MgO.SiO2) + (2FeO.SiO2)

 

ماسه اولیوینی از جهت کیفیت مابین ماسه‌های زیرکنی و سیلیسی قرار دارد. دیرگدازی آن بالاست و سفید رنگ می‌باشد. پایداری حرارتی آن کمتر از ماسه سیلیسی و انبساط حرارتی آن کمتر از ماسه کرومیتی و زیرکنی است.

 

 

  • ماسه شاموتی (۳Al2O3.SiO2)

 

این ماسه مرغوبیت بیشتری نسبت به ماسه‌های سیلیسی دارد. هرچه میزان آلومینا در ترکیب بالاتر باشد، دیرگدازی بهتری ارائه می‌دهد. برای ریخته‌گری قطعات فولادی استفاده می‌شود.

 

 

ماسه سیلیسی در سه دانه بندی

 

 

دسته بندی ماسه های ریخته گری از نظر شکل ظاهری:

 

انواع ماسه از نظر شکل ظاهری به صورت زیر تقسیم‌بندی می‌شود:

 

ماسه‌ های گرد: در این حالت شکل ذرات ماسه در زیر میکروسکوپ، کروی است. ماسه های گرد کیفیت سطحی بهتری را ایجاد می‌کند و قابلیت عبور گاز بهتری نیز دارد.

 

ماسه‌ های نیمه گرد: این نوع ماسه در قسمت‌ هایی گرد و در قسمت‌ هایی گوشه دار است.

 

ماسه ‌های گوشه دار: این ماسه کاملاً گوشه دار است و ذرات آن به طور کامل در هم چفت می‌شوند، لذا استحکام بالاتری ارائه می‌دهد و از نظر حمل و نقل قالب و حرکت مذاب و فشار مذاب، استحکام بالاتری دارد اما قابلیت عبور گاز آن کم است.

 

ماسه‌ های مخلوط: این ماسه‌ها شکل خاصی ندارند و مخلوطی از ۳ نوع دیگر هستند.

 

 

در مجموع باید گفت ماسه ‎هایی که برای ریخته‌گری استفاده می‌شوند باید مشخصاتی همچون دیرگدازی، سیالیت لازم برای زمان قالب گیری، ارائه صافی سطح مناسب که وابسته به شکل و اندازه دانه ‌های ماسه است، نرخ خروج مناسب حرارت و مقاومت در برابر شوک حرارتی را دارا باشند.

 

 

 

 

ساختمان قالب های ماسه ای علاوه بر ماسه، بر چسب (Binder) هم استوار است. برای ایجاد چسبندگی و اتصال بین ماسه و چسب از آب، حرارت و گاز استفاده می شود. بر همین اساس قالب های ماسه ای به سه گروه زیر دسته بندی می شوند:

 

  • ماسه تر (Green Sand Molding):

 

در این نوع قالب، ماسه به همراه یک چسب معدنی (معمولاً مونت موریلونیت که جزء اصلی بنتونیت ها است) به کار می رود. برای فعال کردن بتونیت و ایجاد چسبندگی نیز از آب استفاده می شود. علاوه بر ماسه، بنتونیت و آب از مواد دیگری چون پودر زغال، پودر سیلیس، ملاس، اکسید آهن، آرد حبوبات، خاک اره، گوگرد، اسید بوریک و اتیلن گلیکول به منظورهایی چون افزایش استحکام تر و خشک قالب، افزایش استحکام قالب در دماهای بالا، بهبود کیفیت سطح و مقاومت قالب به نفوذ مذاب، بهبود قابلیت از هم پاشیدگی قالب، جلوگیری از انجام واکنش های فلز-قالب و جلوگیری از عیوب ناشی از انبساط قالب استفاده می شود. 

 

  • ماسه رزینی یا چسب دار:

 

در این نوع قالب، ماسه به همراه یک چسب رزین به کار می رود. فعال کردن چسب و ایجاد چسبندگی نیز به سه طریق انجام می گیرد: حرارت، واکنش چسب رزین با یک گاز و واکنش چسب رزین با یک واکنش گر اسید. به همین دلیل، این نوع قالب ها به سه دسته تقسیم می شوند:

 

قالب های ماسه ای سخت شده با حرارت

 

اگر از حرارت برای فعال کردن واکنش چسب رزین و اسید (یک واکنش گر) در داخل ماسه استفاده شود، از سیستم سخت شده با حرارت (Heat-cured resin binder processes) استفاده شده است. این نوع سخت شدن خود شامل روش هایی چون جعبه گرم فوران یا فنولیک (Hot Box)، جعبه گرم فورفوریل/کاتالیست (Warm Box)، روش پوسته ای با رزین نوالاک (Shell Process) است.

 

 

قالب های ماسه ای جعبه سرد (Cold Box)

 

در این نوع قالب ها، از عبور یک کاتالیست گاز یا بخار از درون مخلوط ماسه و رزین برای سخت شدن قالب استفاده می شود. در این صورت بدون اینکه به قالب حرارت داده شود، از واکنش چسب های رزینی در حضور کاتالیزور گازی استفاده می شود تا قالب سخت شود. از قالب های چسب سرد می توان به یورتان فنولیک (واکنش رزین فنول فرمالدهید و پلی ایزوسیانات در حضور کاتالیزور آمین گازی که منجر به تشکیل یورتان می شود) و فوران/گاز دی اکسید سولفور (واکنش فورفوریل الکل با یون هیدروژن در حضور کاتالیزور گازی SO2) اشاره کرد.

 

 

قالب های ماسه ای بدون پخت (No-Bake Process)

 

در این نوع قالب ها، از سخت شدن قالب در دمای محیط با واکنش دو یا چند جزء در داخل مخلوط ماسه استفاده می شود. از این نوع قالب ها می توان به فوران و واکنش گر اسید، فنولیک و واکنش گر اسید، رزین فنولیک قلیایی و استر، سیلیکات و استر، یورتان فنولیک و غیره اشاره کرد.

 

 

  • ماسه با چسب سیلیکات (یا فسفات)

 

در این نوع قالب های ماسه ای، چسب معدنی سیلیکاتی یا فسفاتی به کار می رود. برای سخت شدن چسب سیلیکاتی از گاز دی اکسید کربن (CO2) و برای سخت شدن چسب فسفاتی (اسید فسفریک) از هاردنر پودر اکسید فلزی استفاده می شود.

 

از میان این دسته بندی قالب های ماسه ای، در صنعت کشورمان، چهار گروه از ماسه ها کاربرد زیادی دارند که عباتند از:

 

  • ماسه تر سیلیسی
  • ماسه سیلیسی با چسب سیلیکات سدیم (آب شیشه) و گاز CO2 یا همان ماسه CO2
  • ماسه سیلیسی با چسب فوران (چسب سرد) یا همان ماسه فوران
  • ماسه چراغی یا ماسه رزینی پایه فنولیک

 

 

خط اتوماتیک قالب گیری ماسه

 

 

برای مطالعه و کسب اطلاعات بیشتر در مورد ریخته‌گری در قالب ماسه‌ای، هندبوک ریخته‌گری در قالب ماسه‌ای که توسط C.W Ammen نوشته و در سال ۱۹۷۹ منتشر شده است، به عنوان یک منبع ارزشمند برای استفاده ی دانشجویان، مهندسان ریخته گری و فعالان این صنعت پیشنهاد می‌شود. در ۱۵ فصل این کتاب، موضوعات زیر با اشکال و توضیحات گویا آموزش داده شده است:

 

قالب ماسه‌ای

ابزارهای قالب ساز و تجهیزات قالب سازی

مدل ها

ماهیچه و جعبه ماهیچه

میز و صفحه قالب گیری

سیستم راهگاهی

طراحی ریخته‌گری در قالب ماسه‌ای

عیوب ریخته‌گری

تجهیزات ذوب آلیاژهای غیرآهنی

ریخته‌گری فلزات غیرآهنی

چدن

ایجاد یک کسب و کار کوچک در زمینه ریخته‌گری

 

 

علاقمندان و کاربران محترم عصر مواد می توانند این کتاب از لینک زیر در عصر مواد دریافت نمایند:

 

The Complete Handbook of Sand Casting 

 

فرمت: PDF

تعداد صفحه: ۲۳۹

زبان: انگلیسی

حجم: ۸٫۷ مگابایت

لینک دانلود:

 

 

 

 

 

 

 

ارسال دیدگاه