نویسنده مطلب: فاطمه حاجی محمدی
قالب ها در صنعت ریخته گری به دو گروه قالب های دائم و موقت تقسیم می شوند که انتخاب نوع قالب بر اساس پارامترهایی از قبیل درجه حرارت فلز مذاب، اندازه قطعه ریختگی، تعداد قطعات تولیدي توسط یـک قالـب (تعـداد Cavity Mold درون قالب) و هزینه مواد سازنده قالب انجام می گیرد.
قالبهای فلزی، قالب های با قابلیت استفاده مجدد یا قالب های دائم هم نامیده میشوند. این قالبها در تولید قطعات صنعتی پیچیده استفاده میگردد. تاریخچه استفاده از این قالب ها به اواسط قرن ۱۹ در ایالاتمتحده باز میگردد، که در آن یک فلز مذاب، با فشار بالا به یک قالب فلزی تزریق گردید و وقتی که فلز تزریقی جامد شد، قالب فلزی باز شده و قطعه ای از فلز ریختهگری شده تولید گردید.
با استفاده از قالب های دائم می توان بیشتر از یک قطعه را تهیه و تولید کرد. پرکاربردترین فلزات در ریخته گری با قالب دائم عبارتند از: آلومینیوم، منیزیم، آلیاژهای مس و سایر فلزات همچون قلع، روی، آلیاژهای سرب و آلیاژهای پایه آهنی.
قالب های دائم ریخته گری را می توان بر اساس نوع فرایند ریخته گری که در آن استفاده می شود، دسته بندی می شوند. بر این اساس، سه دسته ی پر کاربرذ از این قالب ها، قالب های ریژه (ثقلی)، قالب های دایکاست (تحت فشار) و قالب های گریز از مرکز هستند که در این نوشته به معرفی این قالب ها می پردازیم و در ادامه این نوشته نیز، سایر قالب های دائم مورد استفاده ریخته گری نیز معرفی خواهند شد.
قالب های ریژه:
این قالب ها در اصل قالب های فلزیای هستند که برای تولید قطعات در تعداد بالا و به طور متوالی مورد استفاده قرار می گیرند. قالب ریژه از دو یا چند قطعه فلزی تشکیل شده است که ماهیچه های فلزی و غیر فلزی در آن به کار می رود.
در مجموع فرایند کلی ریخته گری در قالب های ریژه شامل ذوب کردن فلز و آلیاژها در دمای مشخص و بارریزی آن در قالب های فلزی از پیش طراحی شده است. در این فرایند، فاکتورهایی همچون دمای قالب، دمای مذاب، ضخامت پوشش قالب، ضخامت دیواره قالب و موارد دیگر بر کیفیت محصول قالب گیری شده با این روش تاثیرگذار خواهد بود.
قالب ریژه برای تولید قطعات در تعداد بالا روش مناسبی است. قطعاتی که با این روش تولید می شوند، دارای کمترین عیوب ریخته گری هستند و از دقت ابعادی بالایی برخوردارند. ریخته گری با این روش استحکام و خواص فیزیکی و مکانیکی مطلوبی را برای قطعات پدید می آورد.
ریخته گری در این قالب ها محدودیت و معایبی نیز دارد. اگر تعداد محدودی قطعه ریخته گری شده درخواست شده باشد، بهتر است دیگر روش های ریخته گری را انتخاب کنید. چرا که ریژه ریزی برای تعداد کمتر قطعات، صرفه و توجیه اقتصادی ندارد. دلیل آن هزینه بالای طراحی و ساخت قالب است.
ریژه ریزی تنها برای فلزات و آلیاژهایی نظیر آلومینیوم، روی، چدن خاکستری هیپویوتکتیک به کار می رود. در واقع اغلب فلزات را نمی توان با این روش قالب گیری کرد. از طرفی به منظور حفاظت از قالب و افزایش عمر آن، استفاده از پوشش هایی همچون سیلیکات سدیم، گل نسوز، اکسیدفلزی و سنگ های صابونی الزامی است.
ریخته گری ریژه بر اساس نیروی ثقل و ویسکوزیته مذاب عمل می کند. بنابراین تولید اشکال پیچیده توسط این روش امکان پذیر نیست. در روش قالب ریزی ریژه امکان تولید قطعات با ابعاد بزرگ وجود ندارد، چرا که نیاز به صرف هزینه های گزافی برای ساخت قالب خواهد داشت و این اقدام از نظر اقتصادی به صرفه نیست.
در صورتی که علاقمندید اطلاعات بیشتری در خصوص ریخته گری ثقلی یا ریخته گری در قالب ریژه کسب کنید، پیشنهاد می کنیم نوشته های زیر از عصر مواد را هم دنبال کنید:
- ریخته گری آلومینیوم در قالب های فلزی به روش ثقلی – ویدیو
- ریخته گری ثقلی در قالب های ریژه – کار یک اپراتور با سه قالب + ویدیو
- انیمیشن ریخته گری ثقلی آلومینیوم در قالب ریژه
قالب های دایکاست:
قالب دایکاست عبارت است از یک قالب دائمی فلزی بر روی یک ماشین ریخته گری تحت فشار که برای تولید قطعات ریختگی تحت فشار به کار می رود. در ریخته گری دایکاست، هدایت کردن فلز مذاب به درون حفره قالب توسط کانال هایی انجام می گیرد که به آن سیستم مدخل تزریق – راهگاه – گلویی گفته می شود. هر قالب دایکاست از دو قسمت تشکیل شده است تا بتوان قطعه را بعد از انجماد از حفره قالب بیرون آورد. اجزاء قالب دایکاست که با فلز ریختگی مذاب در تماس هستند از فولاد گرم کار و یا از آلیاژهای مخصوص نسوز و مقاوم در برابر تغییر دما ساخته می شود.
رعایت اصول طراحی قالب دایکاست از اهمیت ویژهای برخوردار است چرا که طراحی قالب دایکاست بر شکل، قواره، کیفیت و یکپارچگی محصول تولید شده طی فرایند دایکاست تاثیر میگذارد. ویژگیهای نادرست میتواند منجر به خوردگی ابزار یا ماده و نیز کیفیت پایین محصول شود، در حالیکه طراحی مؤثر میتواند کارآیی و زمان تولید را بهبود بخشد.
بهره وری بالا، دقت ابعادی خوب، کیفیت سطح خوب، امکان ریخته گری قطعات جدار نازک، فرآیندی مقرون به صرفه در حجم تولیدات بالا، ساختار دانه ای و خصوصیات مکانیکی خوب، امکان ریخته گری اشکال پیچیده و امکان تولید قطعات با اندازه کوچک از جمله مزایای استفاده از این قالب است.
استفاده از این دسته قالب ها محدودیت هایی هم دارد. غیر قابل استفاده بودن برای فلزات و آلیاژهای با نقطه ذوب بالا (به طور مثال فولادها)، عدم امکان استفاده برای قطعات بزرگ، هزینه بالای قالب، زمان اجرای طولانی، حبس گازها در مذاب و ایجاد تخلخل در قطعه ریخته گری شده از جمله محدودیت های استفاده از روش ریخته گری دایکاست هستند.
در صورتی که علاقمندید اطلاعات بیشتری در خصوص ریخته گری دایکاست کسب کنید، پیشنهاد می کنیم نوشته های زیر از عصر مواد را هم دنبال کنید:
- انیمیشن ریخته گری دایکاست یا تحت فشار
- تولید قطعات آلومینیومی به روش ریخته گری دایکاست + ویدیو
- ویدیویی دیدنی از کارخانه پیشرفته ریخته گری دایکاست آلومینیوم در تایوان
قالب های ریخته گری گریز از مرکز:
تجهیزات سیستم ریخته گری برای استفاده از این قالب ها شامل یک منبع ریختن مذاب، اریفیس (جهت جاری شدن تدریجی مذاب از منبع ریختهگری به قالب در حال چرخش)، قالب در حال چرخش، چرخهای گرداننده قالب که هم در زیر و هم در روی آن هستند و یک موتور برای ایجاد توان لازم برای حرکات قالب است.
مزایای استفاده از ریخته گری در قالب های در حال چرخش یا گریز از مرکز عبارتند از:
- تعداد قابل توجهی از اجزای استوانهای را میتوان با این روش تولید نمود.
- دقت ابعادی مناسبی دارد، همچنین قطعه تولید شده از درستی و اعتبار خوبی برخوردار است.
- عدم نیاز به تمیزکاری پس از ریختهگری (البته اگر نیاز به شکل دقیقی وجود داشته باشد، قطعه به تمیزکاری نیاز پیدا میکند.)
- کاهش استفاده از ماهیچهگذاری و ایجاد راهگاه در ریختهگری
- قطعات تولید شده به این روش خواص مکانیکی بسیار خوبی دارند.
- عیبهای به دام افتادن هوا و ایجاد حفره در این روش ریختهگری بسیار ناچیز است؛ علت اصلی این مسئله جدایش گازها به سبب سرعت دورانی میباشد.
- به دلیل شکلگیری خوب دانهها در سطح خارجی قطعه مقاومت به خوردگی (corrosion resistance) آن بسیار بالا میباشد.
- امکان تولید قطعات با تیراژ بالا با راندمان ریختهگری بالا در حدود نود و پنج درصد.
- امکان ریختهگری فلزات با وزن مخصوص بالا
در صورتی که علاقمندید اطلاعات بیشتری در خصوص ریخته گری گریز از مرکز کسب کنید، پیشنهاد می کنیم نوشته های زیر از عصر مواد را هم دنبال کنید:
- ریخته گری گریز از مرکز، به همین سادگی + ویدیو
- ریخته گری گریز از مرکز یا سانتریفیوژ لوله های چدن داکتیل + ویدیو
- تولید قطعات فولادی به روش ریخته گری سانتریفیوژ یا گریز از مرکز – ویدیو
سایر کاربردهای قالب های دائم فلزی:
علاوه بر سه روش ریخته گری قالب ریژه، دایکاست و گریز از مرکز، از قالب های فلزی در شمش ریزی، آهنگری و فورج، اکستروژن و برخی روش های دیگر ریخته گری هم استفاده می شود. از جمله روش های دیگر ریخته گری که در آن از قالب های فلزی استفاده می شود، می توان به روش های زیر اشاره کرد:
۱. ریخته گری نیمه جامد:
این روش یک حالت ویژه از ریختهگری قالب دائم میباشد که در آن اجازه داده نمیشود تمام فلز مذاب منجمد شود، بلکه زمانی که ضخامت مورد نظر قطعه حاصل شد، فلز باقی ماندهای کاملاً منجمد نشده، از قالب بیرون ریخته میشود.
در صورتی که علاقمندید اطلاعات بیشتری در خصوص ریخته گری نیمه جامد کسب کنید، پیشنهاد می کنیم نوشته های زیر از عصر مواد را هم دنبال کنید:
- ریخته گری و شکل دهی فلزات در حالت نیمه جامد – قسمت اول
- ریخته گری و شکل دهی فلزات در حالت نیمه جامد – قسمت دوم
۲. ریخته گری کورتیاس (Corthias Casting):
در این روش از یک پیستون برای جمعآوری فلز مذاب داخل راهگاه استفاده میشود که روشی مناسب برای تولید قطعاتی با ضخامتهای کم و دارای جزئیات میباشد.
۳. ریخته گری تحت فشار پایین:
در این روش به جای کمک گرفتن از جاذبهٔ زمین برای جاری شدن مذاب، از فشار حدود ۱ اتمسفر استفاده میشود. نگهداری فلز تحت این فشار باعث میشود که قالب بهطور کامل پر شود و هر میزان افتی در مرحلهٔ خنک کردن را متعادل نگه میدارد. خواص مکانیکی قطعه تولید شده توسط این روش به نسبت روشهای سنتی، ۵ درصد برتری دارد.
۴. ریختهگری تحت خلاء:
این روش بسیار مشابه روش تحت فشار میباشد، با این تفاوت که به جای استفاده از فشار، فلز مذاب را تحت خلاء قرار میدهند. در هر ۲ روش تحت فشار و تحت خلاء، مادامی که تغذیه کنندهای استفاده نشود، بازده بالایی خواهیم داشت. در این روش نیز خلوص فلز به خوبی حفظ میشود و برتری خواص مکانیکی نسبت به روشهای سنتی حدود ۱۰ الی ۲۰ درصد میباشد.
سیستم خلاء
در صورتی که علاقمندید اطلاعات بیشتری در خصوص ریخته گری تحت خلاء کسب کنید، پیشنهاد می کنیم نوشته زیر از عصر مواد را هم دنبال کنید:
مزایای استفاده از قالب های دائم فلزی:
اشکال پیچیده تری را می توان تولید نمود.
به دلیل آنکه قالب با سرعت و تحت فشار پر می گردد، قطعات با دیواره های نازک تری را می توان تولید نمود و در این روش نسبت طول قطعه به ضخامت قطعه به مراتب بیشتر از دیگر روش ها است.
سرعت تولید در این روش خیلی بالا است، بویژه اگر قالب های چند حفره ای مورد استفاده قرار گیرد.
معمولاً قطعه تولید شده از طریق این قالب ها از پرداخت سطح خوبی بر خوردار است و احتیاجی به عملیات ماشینکاری بعدی ندارد و به این خاطر عملیات فوق العاده اقتصادی است.
قالب های دائم پیش از آنکه فرسوده شوند و در ابعاد قطعه تولید شده اختلافی به وجود آید، هزاران قطعه تولید خواهند نمود، در نتیجه سرمایه گذاری برای تولید قطعه کمتر است.
نسبت به دیگر روش های ساخت قطعه، از فلز مذاب با روش دایکاست مقاطع ظریف تری را روی قطعه می توان به وجود آورد.
بیشتر قطعات تولید شده با کمترین پرداخت کاری آماده آب فلز کاری می باشند.
قطعات آلومینیومی ساخته شده توسط قالب دائم فلزی معمولاً نسبت به روش های دیگر مثل ریخته گری آلومینیوم در ماسه مقاومت بیشتری دارند.
معایب استفاده از قالب های دائم فلزی:
هزینه بالا، مناسب نبودن براي همه آلیاژ ها، عدم توانایی تولید قطعات پیچیده یا دارای وزن بسیار زیاد، مشکل بودن طراحی سیستم راهگاهی و تغذیه گذاري به علت سرعت انجماد بالا از جمله معایب استفاده از این قالب ها است.
نوشته های مرتبط در عصر مواد:
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.