ریخته گری در قالب پوسته ای

اصول ریخته گری در قالب پوسته ای

قالب پوسته ای قالبی است که از سخت شدن مخلوط ماسه بر روی یک مدل فلزی داغ شکل می گیرد. برای ساخت قالب پوسته ای، مدل فلزی (معمولاً از جنس آلومینیوم یا چدن خاکستری) را معمولاً در حدود ۲۶۰-۱۵۰ درجه سانتیگراد گرم می کنند. سپس مخلوط ماسه (معمولاً ماسه سیلیسی یا زیرکنی) با یک چسب رزینی گرماسخت را در تماس با سطح مدل داغ قرار می دهند. در اثر گرمای مدل، چسب مخلوط ماسه فعال شده و باعث چسبیدن ذرات ریز ماسه به هم و به سطح مدل فلزی می شود. پس از سخت شدن قالب، آن را از سطح مدل جدا می کنند. به این ترتیب، یک قالب ماسه ای به شکل پوسته ای با دیواره های تقریباً نازک ساخته می شود که شکل مدل در داخل آن ایجاد شده است. پس از جاگذاری ماهیچه و مونتاژ دو نیمه ی قالب پوسته ای بر روی هم، قالب آماده ی ذوب ریزی است. به فرایند ریخته گری با این قالب ها، ریخته گری در قالب های پوسته ای (Shell Mold Casting) می گویند.

ریخته گری در قالب های پوسته ای به منظور تولید انبوه قطعات آهنی و غیرآهنی از چند گرم تا حدود ۵۰۰ کیلوگرم به کار می رود. دقت ابعادی و صافی سطح قطعات تولید شده با این روش درمقایسه با روش ریخته گری ماسه ای تر بیشتر است و لذا عملیات ماشین کاری قطعات و هزینه های مرتبط با آن در این روش کاهش می یابد. در مقابل، محدودیت در اندازه و وزن قطعات ریخته گری، نیاز به تجهیزات و ماشین آلات، محدودیت در تغذیه گذاری و طرح سیستم راهگاهی، هزینه های ساخت مدل و قیمت بالاتر مخلوط ماسه مصرفی از محدودیت های این روش است.

اجزای مخلوط ماسه در قالب های پوسته ای:

ماسه: ماسه ی مورد استفاده در فرایند پوسته ای، معمولاً ماسه سیلیسی و یا زیرکنی با درجه خلوص زیاد، مواد آلی و خاک رس کم و با عدد ریزی AFS بین ۹۰ تا ۱۴۰ است.

رزین: رزین های گرما سخت مانند فنل فرمالدهید و اوره فرمالدهید بیشترین مصرف را در قالی گیری پوسته ای دارند و معمولاً به مقدار ۲ تا ۷ درصد به ماسه اضافه می شوند.

مواد روان کننده: از مواد روان کننده به منظور تسهیل در جدا شدن قالب از مدل و نیز بهبود بخشیدن به خاصیت روانی ماسه استفاده می شود. مواد روان کننده همچنین باعث افزایش استحکام کششی قالب می شوند زیرا مخلوط ماسه دارای چگالی بالاتری خواهد شد. این مواد معمولاً استیرات کلسیم و روی می باشد. مقدار مورد نیاز مواد روان کننده معمولاً بین ۲ تا ۵ درصد رزین است. البته درحالت های خاص ممکن است مقدار آن به ۹ درصد رزین نیز برسد.

سخت کننده یا کاتالیست: برای افزایش سرعت سخت شدن مخلوط ماسه از ماده ای به نام هگزا متیل تترا آمین که هگزامین هم نامیده می شود، به مقدار ۱۴ تا ۱۶ درصد رزین استفاده می شود.

سایر افزودنی ها: سایر مواد افزودنی به مخلوط ماسه قالب پوسته ای به منظور بهبود سطح قطعات ریختگی و جلوگیری از ترک خوردن پوسته در هنگام مذاب ریزی استفاده می شود. از جمله ی این افزودنی ها می توان به وین سول (vinsol) به مقدار ۱۲-۸ درصد رزین و اکسید آهن به مقدار حدود ۲ درصد رزین اشاره کرد که باعث جلوگیری از ترک خوردن پوسته می شود. علاوه بر این مواد، افزودنی های دیگری چون پودر زغال، بنتونیت سدیمی فعال، دی اکسید منگنز، کربنات کلسیم، سیلیکو فلورور منیزیم و بروفلورور آمونیوم نیز ممکن است اضافه شود.

تهیه مخلوط ماسه و رزین:

مخلوط ماسه مورد استفاده در قالب گیری پوسته ای معمولاً به دو روش تهیه می شود:

الف) مخلوط کردن ماسه و رزین: در این روش، ماسه و رزین را به طریق معمول مخلوط کن ها به صورت خشک با هم مخلوط می کنند. اگر چه این روش ساده و در دسترس است ولی کیفیت خوبی ندارد. از این مخلوط تنها در قالب گیری به روش مخزن جعبه ای استفاده می شود و در روش دمشی هوای فشرده کاربرد ندارد.

ب) پوشش دادن ماسه با رزین: در این روش، رزین به صورت یک پوشش بر روی دانه های ماسه قرار می گیرد. پوشش دادن ماسه به دو روش سرد و گرم انجام می شود. در روش سرد، ماسه به همراه رزین مایع و سایر اجزا در داخل مخلوط کن و در درجه حرارت محیط مخلوط می شوند. در روش گرم، ماسه و رزین در درجه حرارت بین۱۲۰ تا ۱۳۵ درجه سانتی گراد با هم مخلوط می شوند. در این روش، از رزین جامد و هگزامین محلول در آب استفاده می شود.

فرایند ریخته گری در قالب های پوسته ای

برای ساخت قالب و ماهیچه های پوسته ای، ماشین های مختلفی وجود دارد که از نظر روش عملیات و درجه ی اتوماسیون با هم تفاوت دارند، ولی در همه آن ها دو عامل مهم درجه حرارت و زمان تحت کنترل دقیق هستند. بدون توجه به نوع ماشین و درجه ی اتوماسیون، چند مرحله ی اصلی در تهیه ی قالب پوسته ای درتمامی آن ها وجود دارد که به ترتیب عبارتند از:

الف) مخلوط ماسه با مدل فلزی پیش گرم شده در تماس قرار می گیرد. این فرایند ممکن است توسط روش مخزن جعبه ای (Dump Box) و یا روش دمیدن (Blow Mold) انجام شود. در روش مخزن جعبه ای، مخزن محتوی ماسه بر روی مدل قرار گرفته و ماسه سطح آن را پر می کند. در روش دمیدن با هوای فشرده نیز، ماسه از منافذ مخصوص روی مدل گرم شده دمیده می شود. در هر دو روش، رزین ها درتماس با مدل گرم ذوب شده و باعث چسبیدن دانه های ماسه به هم و نیز به مدل می شوند. درجه حرارت و زمان با توجه به پوسته ی مورد نیاز تنظیم می شود. زمان لازم برای قالب گیری معمولاً ۳۰ ثانیه و ضخامت پوسته قالب بین ۱۰ تا ۶۰ میلی متر است.

ب) هنگامی که ضخامت پوسته به اندازه ی مورد نیاز رسید. مدل ۱۸۰درجه می چرخد و مخلوط ماسه ی اضافی از سطح مدل جدا می شود.

ج) پوسته تشکیل شده مدتی روی مدل گرم باقی می ماند تا پخت قالب کامل شود. در این مرحله ممکن است به منظور استحکام سریع و کامل قالب، عملیات گرمایش پوسته را نیز انجام داد.

د) پس از پایان عملیات پخت، قالب پوسته ای توسط سیستم بیرون انداز از مدل جدا می شود.

ه) پس از آماده شدن قالب پوسته ای، ماهیچه در داخل قالب جاگذاری می شود و سپس نیمه های قالب پوسته ای به وسیله ی چسب مناسب به هم متصل می شوند. به این صورت، قالب آماده ی بارریزی می شود.