ریخته گری و قالب گیری با ماسه تر + ویدیو

اگر علاقمندید مراحل مختلف یک قالب گیری ساده را ببینید، می توانید ویدیوی زیر را از وب سایت عصر مواد تماشا بفرمایید:

 

 

ویدیو:

 

---

نام ویدئو به فارسی: ریخته گری و قالب گیری با ماسه تر

 

---

نام ویدئو به انگلیسی (در یوتیوب): –

 

---

زمان ویدئو: ۷ دقیقه

 

---

فرمت ویدئو: MP4 با کیفیت ۴۸۰ و ۷۲۰

 

---

زبان: –

 

---

زیرنویس: –

 

---

دوبله: –

 

---

اختصاصی عصر مواد:  –

 

---

مشاهده ویدیو:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

توضیحات:

 

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.

 

فرایندهای متنوعی برای ریخته گری انواع قطعات فلزی وجود دارد و دسته بندی های مختلفی هم از این فرایندها صورت گرفته است. در یک دسته بندی، فرایندهای ریخته گری را می توان به دو گروه اصلی تقسیم نمود:

 

• ریخته گری در قالب های مصرفی یا موقت (Expendable Molds):

 

در این روش از قالب های یک بار مصرف استفاده می شود و پس از هر بار ریخته گری، قالب تخریب و از هم پاشیده می شود تا قطعه ریخته شده از داخل آن خارج شود. سپس برای مذاب ریزی و ریخته گری مجدد، قالبی نو ساخته می شود.

 

• ریخته گری در قالب های دائم (Permanents Molds):

 

در این روش از قالب های دائم (با طول عمر زیاد) برای تولید انبوه قطعات به طور مکرر و بدون تعویض قالب در هر بار ریخته گری استفاده می شود.

 

از فرایندهای ریخته گری در قالب های موقت می توان به ریخته گری در قالب های ماسه ای مثل ماسه تر، ماسه CO₂ ، ماسه چراغی و ماسه فوران (چسب سرد)، ریخته گری در قالب پوسته ای، ریخته گری در قالب گچی، ریخته گری دقیق و لاست فوم اشاره کرد. در میان این روش ها، ریخته گری در قالب های ماسه ای بیشترین کاربرد را در صنعت کشورمان دارد. هدف از ساخت قالب ماسه ای، ایجاد محفظه ای به شکل قطعه در ماسه فشرده شده است.

 

 

انواع قالب ماسه ای:

 

ساختمان قالب های ماسه ای بر ماسه (Sand) و چسب (Binder) استوار است و 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. انواع مختلفی از ماسه نیز در قالب گیری تر استفاده می شود. مهمترین نوع ماسه ی مورد استفاده، ماسه سیلیسی است. ترکیب اصلی این ماسه، سیلیس یا کوارتز (SiO₂) است. علاوه بر ماسه ی سیلیسی، از ماسه زیرکنی (ZrSiO₄) با نقطه گداز بسیار بالا، ماسه کرومیتی (FeCr₂O₄)، ماسه اولیوینی  [(Mg,Fe)₂SiO₄] به عنوان مخلوطی از سیلیکات های منیزیم و آهن و ماسه شاموتی که از زینتر کردن ذرات خاک رس به دست می آید، 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

 

 

 

اجزای قالب ماسه ی تر:

 

جزء اصلی در مخلوط ماسه ی قالب گیری، ذرات دیرگداز ماسه است. به طور کلی ماسه ذرات ریزی از مواد معدنی با قطر ۵۰ میکرون تا ۲ میلی متر است. ذراتی که قطر آن ها کمتر از ۲ میکرون باشد خاک نامیده می شود. ماسه ی قالب گیری مورد استفاده در ریخته گری از دو نوعِ ماسه ی طبیعی و ماسه ی مصنوعی است. ماسه ی طبیعی در طبیعت به صورت مخلوط با خاک رس یافت می شود و جزء دیرگداز آن سیلیس (SiO₂) است. مخلوط ماسه ی طبیعی ترکیبی از سیلیس، خاک رس (چسب طبیعی) و موادی چون اکسید آلومینیوم، اکسید آهن، اکسید تیتانیوم، اکسید کلسیم، اکسید منیزیم، اکسید پتاسیم و اکسید سدیم و غیره است. برای استفاده از این مخلوط تنها باید به آن، آب اضافه کرد. ماسه ی طبیعی به دلیل پایین بودن نقطه دیرگدازی آن، تنها در ریخته گری فلزات و آلیاژهای غیر آهنی با درجه حرارت های بارریزی پایین استفاده می شود. برای دستیابی به دیرگدازی بالاتر و کنترل مشخصات فیزیکی و مکانیکی مخلوط ماسه به منظور تامین خواص مورد نیاز، به جای ماسه ی طبیعی از ماسه ی مصنوعی استفاده می شود. ماسه ی مصنوعی از شکستن، خرد کردن، غربال و دانه بندی سنگ های سیلیسی، زیرکنی، کرومیتی و اولیوینی به دست می آید. در اکثر ریخته گری ها از ماسه ی مصنوعی استفاده می شود.

 

 

 

 

در مخلوط ماسه ی قالب گیری، علاوه بر ماسه از چسب های معدنی و آلی مثل بنتونیت، سیلیکات سدیم، رزین فورفوریل الکل، رزین فنول فرمالدهید، رزین اوره فرمالدهید و چسب های ژلاتینی و نشاسته ای نیز استفاده می شود. استفاده کم یا زیاد از چسب ها در مخلوط ماسه باعث کاهش کیفیت قالب و قطعه تولیدی می شود. با افزایش چسب، قابلیت نفوذ گاز کاهش و استحکام قالب افزایش می یابد. در نتیجه با افزایش تولید و حبس گاز در حین ذوب ریزی، عیوب گازی (مثل مک های گازی) در قطعات ریخته بیشتر دیده می شود. همچنین قطعه به سختی از قالب جدا می شود، هزینه های تمیزکاری افزایش می یابد و عیوبی مثل ترک و چسبیدن ماسه به سطح قطعه بیشتر دیده می شود. کاهش مقدار چسب در مخلوط ماسه نیز به دلیل کاهش استحکام قالب باعث عیوبی چون ماسه شویی، شکستگی قالب، نفوذ مذاب و غیره می شود.

 

علاوه بر چسب های معدنی و آلی، از خاک نیز به منظور چسب استفاده می شود. در ماسه های قالب گیری، خاک های کنترل شده ای از نظر کیفیت و مقدار به ماسه اضافه می شود. خاک ها پس از مخلوط شدن با ماسه، فیلم نازکی به ضخامت ۱-۰٫۰۱ میکرون تشکیل می دهند که با افزودن آب به آن ها، خاصیت شکل پذیری و چسبندگی پیدا می کنند. از نقطه نظر قالب سازی، مهم ترین خاصیت خاک ها قابلیت جذب آب است. اجزای معدنی اصلی تشکیل دهنده خاک ها عبارتند از کائولینیت به عنوان جزء اصلی خاک چینی و خاک های نسوز، مونت موریلونیت به عنوان جزء اصلی بنتونیت ها و ایلیت به عنوان منبع اصلی چسبندگی در ماسه های طبیعی. علاوه بر ماسه، چسب و خاک، افزودنی های دیگری به منظور بهبود خواص مخلوط ماسه به آن اضافه می شود. این افزودنی ها مواردی از قبیل پودر زغال، پودر سیلیس، ملاس چغندر یا نیشکر، اکسید آهن، آرد حبوبات، خاک اره، گوگرد، فلئور سیلیسیم، بی فلور آلومینیوم، اسید بوریک، اتیلن گلیکول، شاموت (خاک های آلومیناتی کلسید شده مخلوط با خاک های نسوز دیگر) و غیره هستند. به دلیل تاثیر افزودنی ها به مخلوط ماسه قالب گیری در کیفیت قطعه ریخته گری شده، نوع و درصد این مواد افزودنی گاه از رموز کار ریخته گران در تاریخ ریخته گری از بدو پیدایش تا الان بوده است. بد نیست اینجا به نقل قولی جالبی از یکی از اساتید ریخته گری بپردازم. این استاد ریخته گری که سابقه چند سال کارآموزی صنعتی در یکی از ریخته گری های انگلستان را دارد، می گفت که در این واحد صنعتی برای ریخته گری یک آلیاژ خاص، پهن اسب پرورش یافته در یکی از چراگاه های مشهور انگلیس را در مقدار مشخصی به مخلوط ماسه اضافه می کردند.

 

ترکیب ماسه قالب گیری مورد استفاده در کارگاه های ریخته گری معمولاً با هم متفاوت است. ترکیب بهینه بر اساس دانش موجود و تجربیات قبلی آن شرکت و بر اساس نوع آلیاژ و محصول تولیدی به دست می آید. در هر صورت، ماسه تر قالب گیری معمولاً ترکیبی از ماسه سیلیسی با دانه بندی مورد نظر، بنتونیت و آب است. افزودنی های دیگر مثل پودر زغال در صورت لزوم به این مخلوط اضافه می شود. به عنوان مثال، در یک مخلوط ماسه ی قالب گیری، به همراه ماسه ی سیلیسی از ۲ الی ۳ درصد وزنی بنتونیت و ۲ الی ۳ درصد وزنی آب استفاده می شود. به عنوان مثال دیگر، در یک کارخانه چدن ریزی به ازای هر ۱۰۰ کیلوگرم ماسه سیلیسی از این ترکیب استفاده می شود: بنتونیت حدود ۸ کیلوگرم، حدود ۳٫۵ کیلوگرم آب، حدود ۷ کیلوگرم پودر زغال و حدود ۸۰۰ گرم خاک اره. در یک نمونه دیگر، برای ریخته گری قطعات فولادی از مخلوطی شامل ۹۵ درصد ماسه سیلیسی، ۴ درصد بنتونیت، ۳ الی ۴ درصد آب و ۱ درصد آرد حبوبات استفاده شده است.

 

در کارگاه های ریخته گری به دلیل رنگ سیاه قالب های ماسه ی تر، به این قالب ها، ماسه سیاه هم می گویند.

 

 

 

 

 

 

قالب های خشک:

 

قالب های تهیه شده به روش ماسه ی تر را می توان به منظور تولید قطعات بزرگ و بهبود خواص قالب خشک نمود. در این صورت بر اساس میزان خشک شدن، قالب را به دو نوع خشک شده ی سطحی و کاملاً خشک دسته بندی می کنند. در قالب های خشک شده ی سطحی فقط لایه ای از سطح قالب (کمتر از ۱۲ میلی متر) با مشعل خشک می شود و رطوبت لایه سطحی قالب برای مدت معینی گرفته می شود. اگر قالب ماسه ی تر را در درجه حرارت ۱۵۰ تا ۳۷۰ درجه سانتیگراد به مدت ۸ تا ۴۸ ساعت در کوره حرارت دهند تا رطوبت آن گرفته شده و قالب خشک شود، قالب از نوع کاملاً خشک است. در این نوع قالب ها، حداقل عمق ماسه ی خشک شده در قالب بیش از ۱۲ میلی متر است. از قالب های کاملاً خشک برای ریخته گری قطعات متوسط تا بزرگ چون غلتک، چرخ دنده و پوسته ی قطعات بزرگ ماشین استفاده می شود. مزیت های مهم قالب های خشک نسبت به قالب های تر، استحکام بیشتر آن ها، دقت ابعادی بالاتر، سطح قطعه ریختگی بهتر و عیوب سطحی کمتر محصول است.

 

 

 

روش های قالب گیری با ماسه ی تر:

 

قالب گیری با ماسه ی تر به دو روش دستی و ماشینی انجام می شود. در روش قالب گیری دستی، تمام مراحل قالب گیری شامل کوبیدن ماسه، خارج کردن مدل، ایجاد سیستم راهگاهی و غیره توسط دست انجام می شود. در نوع ماشینی، تمام یا قسمتی از این مراحل توسط ماشین انجام می شود. ماشین های قالب گیری در انواع مختلف و با مکانیسم های متفاوت، عمل قالب گیری ماسه را انجام می دهند. اساس کار قالب گیری ماشینی از این قرار است:

 

• فشردن ماسه در داخل درجه و اطراف مدل به وسیله نیروهای ضربه ای، فشاری، ارتعاشی، پرتابی و یا ترکیب هم زمان چند نیرو

 

• لق کردن مدل توسط سیستم های ارتعاشی

 

• خارج کردن مدل

 

• برگرداندن و چرخاندن درجه ها

 

از ماشین های مختلفی مثل ماشین قالب گیری ضربه ای ساده، فشاری ساده، ضربه ای –  فشاری، ضربه ای – فشاری با خارج کننده، ضربه ای – فشاری با حرکت های جانبی و چرخشی، ماسه پرتاب کن و غیره برای قالب گیری ماشینی استفاده می شود.

در ماشین های قالب گیری ضربه ای ساده، مدل صفحه ای روی صفحه ی میز ماشین محکم می شود. آن گاه روی این صفحه، یک لنگه درجه قرار می گیرد. سپس درجه کاملاً از ماسه پر می شود. شیر متصل به هوای فشرده باز شده و با فشار زیاد، پیستون را همراه با صفحه ی میز، مدل و درجه، چند سانتی متر به بالا می برد. در ارتفاع معینی راه هوای متراکم به خارج باز می شود. پیستون همراه با میز، صفحه مدل، درجه و ماسه ی داخل آن تحت تاثیر نیروی وزن به پایین بر می گردد. این عملیات چندین بار و با سرعت زیاد تکرار می شود تا ماسه به اندازه ی کافی در اطراف مدل متراکم و فشرده شود. در پایان یک سیستم ارتعاشی، مدل را از ماسه آزاد می کند و پین های خارج کننده، درجه همراه با ماسه را از سطح مدل خارج می کند.

 

روش کار در ماشین های قالب گیری فشاری ساده همانند ماشین های ضربه ای است، با این تفاوت که به جای استفاده از سیستم ضربه در صفحه ی پایین، از سیستم فشار در صفحه ی بالا استفاده می شود. به این ترتیب که پس از پر شدن درجه از ماسه توسط پرس فشاری، ماسه در اطراف مدل فشرده می شود.

 

روش کار در ماشین های قالب گیری ضربه ای – فشاری نیز شبیه ماشین های ضربه ای است، با این تفاوت که پس از عملیات فشردن ماسه به طریق ضربه ای، یک سیستم فشاری همانند ماشین های فشاری مورد استفاده قرار می گیرد. در این ماشین ها، با ترکیب دو مکانیزم ضربه ای و فشاری می توان استحکام و سختی یکنواختی را در تمام قسمت های قالب و مجاور مدل ایجاد نمود.

 

در ماشین ماسه پرتاب کن، ماسه با سرعت زیاد داخل درجه در اطراف مدل پرتاب می شود. شدت زیاد پرتاب (گاه تا ۳۰۰ هزار سانتی متر مکعب در دقیقه) باعث فشردگی ماسه می شود.

 

 

 

مراحل قالب گیری و ریخته گری در قالب ماسه ای:

 

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