ریخته گری فلزات + کتاب

ریخته‌گری یکی از هنرهای باستانی و قدیمی ترین روش‌های تولید مواد فلزی به شکل های دلخواه است. اساس این روش به این صورت است فلزات را ذوب کرده، آن را در یک قالبی می ریزند. سپس 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.

فرایندهای ریخته گری نسبت به دیگر روش‌های شکل‌دهی دارای مزایایی از جمله موارد زیر است:

صرفه اقتصادی، تولید انبوه قطعات، سهولت و سرعت تولید، تولید اشکال پیچیده که بسیاری از مراحل ماشینکاری آن‌ها حذف شده، تولید قطعات یکپارچه به‌جای چند تکه، امکان تولید قطعات بسیار کوچک یا بسیار بزرگ، امکان ایجاد برخی خواص مورد نیاز مکانیکی در قطعات که با دیگر روش‌ها به سختی امکان‌پذیر است و همچنین امکان شکل‌دهی برای آلیاژهایی مانند چدن که ترد و شکننده هستند و با روش‌هایی همچون فورج و نورد شکل‌دهی آن‌ها ممکن نیست.

علیرغم مزایای قابل توجه ریخته گری، این روش معایب و محدودیت‌هایی هم مانند آلودگی محیط زیستی به خصوص در ریخته‌گری فولاد و چدن (معمولا فلزاتی مانند منیزیم که نقطه ذوب پایینی دارند آلودگی کمتری ایجاد می‌کنند)، دقت پایین ابعاد و صافی سطوح، امکان ایجاد ساختار غیریکنواخت میکروسکوپی و ماکروسکوپی در قطعات، بروز عیوبی از جمله حفرات گازی و انقباضی، عیوب مرتبط با ماسه و غیره در قطعه ریخته را هم دارد.

در فرایندهای ریخته گری، در کنار قطعه ی ریخته، قالب، مدل، ماهیچه، سیستم راهگاهی و تغذیه ها، اساس ریخته گری را تشکیل می دهند. در ادامه ی این نوشته، این عناصر مهم ریخته گری را به صورت ساده و خلاصه توضیح می دهیم:

قالب:

قالب 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 متولد می شود. روش ریخته‌گری با توجه به نوع قالبی که در فرایند مورد استفاده قرار می‌گیرد در دو گروه قالب‌های مصرف شدنی یا موقت و قالب‌های مصرف نشدنی یا دائمی دسته بندی می‌شود. قالب‌های مصرف شدنی مانند قالب ماسه‌ای و قالب‌های سرامیکی به قالب هایی گفته می شود که پس از ساخت، تنها یک بار می توانند برای ریخته گری استفاده شوند و پس از آن تخریب می شوند تا قطعه را خارج کنند. قالب‌های مصرف نشدنی مانند قالب های قالب فلزی هم به قالب هایی گفته می شود که می توانند به صورت طولانی مدت و یا به اصطلاح دائمی بدون اینکه پس از هر بار ریخته گری تخریب شوند مورد استفاده قرار بگیرند. قالب های دائمی معمولاً از فولاد، چدن و یا برنز ساخته می شوند.

مدل:

برای اینکه شکل قطعه را داخل قالب های مصرف شونده 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 و شکل قطعه را در داخل قالب ایجاد می کند. مدل را قبل از ذوب ریزی، از داخل قالب خارج می کنند. در قالب های فلزی، شکل قطعه را با عملیات ماشینکاری داخل قالب ایجاد می کنند و نیاز به مدل نمی باشد.

ماهیچه:

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. 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.

سیستم راهگاهی:

برای مذاب رسانی به داخل قالب باید مسیری در درون آن تعبیه شود تا بتوان مذاب را به نحو مطلوبی به درون فضای خالی قالب هدایت نمود. به این مسیر مذاب رسانی، سیستم راهگاهی می گویند که خود از اجزای مختلفی تشکیل شده است.

تغذیه:

وقتی مذاب در درون قالب سرد می شود تمایل به انقباض دارد، در نتیجه از حجم آن کاسته می شود و به اصطلاح مذاب می کشد. در این صورت فضایی خالی از مذاب در درون قطعه شکل می گیرد که اگر به همین ترتیب انجماد کامل شود، شاهد تشکیل حفراتی تو خالی در داخل قطعه خواهیم بود. به این حفرات، حفرات انقباضی می گویند. برای پیشگیری از ایجاد این حفرات، یکی از راهکارها اینست که محفظه هایی در قالب و چسبیده به قطعه تعبیه کنند تا با مذاب رسانی از طریق آن ها به مناطقی که به دلیل انقباض و کشیدگی با کمبود مذاب مواجه شده اند، از خالی ماندن آن ناحیه از مذاب جلوگیری کنند. به این محفظه ها تغذیه می گویند.

فرایندهای ریخته‌گری را می‌توان بر اساس روش و نوع انجام فرایند به انواع زیر تقسیم‌بندی نمود:

ریخته‌گری در ماسه، ریخته گری در قالب پوسته ای، ریخته گری در قالب دائمی (ریخته گری گریز از مرکز، ریخته گری ثقلی یا ریژه، ریخته گری تحت فشار یا دایکاست)، ریخته‌گری در حالت نیمه جامد، ریخته‌گری دقیق، ریخته گری با مدل های از بین رونده یا تبخیری (مثل فول مولد و لاست فوم)، ریخته گری پیوسته و غیره.

اگر تمایل دارید آشنایی بیشتری با این فرایندها داشته باشید، همراه با این نوشته، کتاب ریخته‌گری فلزات که توسط دانشگاه هندی Rai Technology تهیه شده است، تقدیم علاقمندان می شود. این کتاب شامل ۱۲ فصل زیر است که در هر فصل به معرفی یکی از روش‌های ریخته‌گری می پردازد:

فصل اول: مقدمه ای بر ریخته‌گری فلزات
فصل دوم: ریخته‌گری
فصل سوم: ریخته‌گری ماسه ای
فصل چهارم: ریخته‌گری در قالب گچی
فصل پنجم: ریخته گری در قالب پوسته‌ای
فصل ششم: ریخته‌گری دقیق
فصل هفتم: ریخته‌گری با مدل تبخیری
فصل هشتم: ریخته‎گری با قالب دائمی
فصل نهم: ریخته‌گری تحت فشار یا دایکاست
فصل دهم: ریخته‌گری در حالت نیمه جامد
فصل یازدهم: ریخته‌گری به روش گریز از مرکز یا سانتریفیوژ
فصل دوازدهم: ریخته‌گری پیوسته