طبق یک دسته بندی کلی، انواع روش های ریخته گری در دو گروه ریختهگری با قالب یکبار مصرف و ریختهگری با قالب دائمی تقسیم میشوند.
قبل از خواندن این مطلب برای آشنایی با فرایند ریخته گری میتوانید مقاله ی ریخته گری فلزات را بخوانید.
ریخته گری با قالبهای یکبار مصرف
1.ریخته گری با قالب ماسهای
ریخته گری ماسهای متداولترین روش ریختهگری است. با این روش انواع بسیار زیادی از فلزات را میتوان ریختهگری کرد. برای اندازه قطعات در این روش تقریباً هیچ محدودیتی وجود ندارد. هر چند قطعات ساخته شده به این روش دقت خوبی ندارند اما معمولاً هزینه آن کمترین هزینه ممکن است.
در ریختهگری ماسهای قالبها یکبارمصرف بوده ولی میتوان ماسه را بازیافت و دوباره استفاده کرد. قالبهای ماسهای با فشرده سازی ماسه حول مدل در داخل دو فلاسک در دو قسمت ساخته میشوند. به نیمه بالایی قالب Cope و به نیمه پایینی قالب Drag گفته میشود. هر قالب شامل یک یا چند تغذیه (Riser)، روشهایی برای هواکشی و خروج گازها، و مسیر و سیستمی برای انتقال مذاب به حفره قالب است.
این سیستم شامل یک حوضچه مذاب ریزی، مذابرو، راهگاه، و یک یا چند گلویی است. پس از فشرده سازی ماسه،مدل از قالب خارج شده و هر گونه ماسه شل با باد پاک میشود. در صورت نیاز از ماهیچهها برای شکل دهی به خصوصیات داخلی قطعه استفاده میشود.
مراحل ریخته گری ماسه ای به ترتیب
ریختهگری ماسهای بسته به ماسه مورد استفاده به دستههای کوچکتری تقسیمبندی میشوند. این روشها عبارتند از:
الف) قالب های ماسه تر (Green Sand Molds)
این قالبها از مخلوطی از ماسه ، خاک رس و آب ساخته میشوند. هر چند ریختهگری ماسه تر روشی بسیار همهکاره است، اما نمیتوان از آن برای ریختهگری قطعات با دیواره نازک استفاده کرد. همچنین تلرانسها و فضای ماشین کاری باید آزاد و بزرگ در نظر گرفته شود. سطوح خیلی صاف امکانپذیر نیست و به دلیل رطوبت این قالبها، در هنگام ریختهگری برخی فلزات خاص، عیوب ریختهگری ایجاد میشود.
ب) قالب های بدون-پخت یا هوا خشک (No-bake Molds)
این قالبها از مخلوط ماسه و یک چسب رزینی ساخته میشوند. این مخلوط حول یک مدل فشرده میشود و در دمای اتاق به سرعت خشک و سفت میشود. این قالبها بسیار مستحکم هستند و قطعات تولید شده با این روش دارای تلرانس و کیفیت سطح خوبی میباشند. شکست قالب پس از ریختهگری بسیار آسان است و امکان بازیافت ماسه رزینی نیز وجود دارد، هر چند هزینه آن نسبت به ماسه تر بیشتر است.
پ) قالب های پوسته ای (Shell Molds)
قالبهای پوسته ای با گرم کردن یک الگوی فلزی و سپس ریختن ماسه رزین دار بر روی آن ساخته میشوند. برای تکمیل ساخت قالب، الگو پوشانده شده و پخته میشود. پس از خشک شدن الگوها جدا شده و هر کدام به عنوان یکنیمه قالب عمل میکنند. ماهیچهها به همین روش ساخته شده و بر روی قسمت Drag قالب قرار داده میشوند.
سپس یک چسب بایندر بر روی این نیمه قالب اعمال شده و سمت Cope بر روی آن قرار داده شده و به یکدیگر اتصال داده میشود. این قالبهای پوسته ای را میتوان به سرعت آماده کرده و برای مدت زمان طولانی انبار کرد. ریختهگری به روش قالب پوسته ای یک روش شبه-دقیق است و کیفیت سطح و تلرانس بالاتری نسبت به روش ماسه تر یا ماسه هواخشک دارد. با این حال وزن و اندازه قطعات قابل ریختهگری به این روش محدود بوده و معمولاً کمتر از ۴۵ کیلوگرم است.
2. ریخته گری با قالب گچی (Plaster mold casting)
ریختهگری در قالب گچی روشی دقیق برای ریختهگری آلیاژهای آلومینیوم، مس کم سرب، و آلیاژهای روی است. از آنجایی که قالبهای گچی تحمل دماهای خیلی بالا را ندارند، برای ریختهگری آلیاژهای آهنی مناسب نیستند. قالبهای گچی بیشتر از کلسیم سولفات یا گچ و آب ساخته میشوند. ممکن است در کنار کلسیم سولفات از افزودنیهای دیگر برای افزایش قابلیت قالبگیری، کاهش تخلخل، افزایش استحکام یا کنترل انقباض استفاده گردد.
این مخلوط به صورت دوغاب بر روی الگو ریخته شده و اجازه داده میشود تا سفت گردد. پس از سفت شدن، قالب از الگو جدا شده و برای از بین بردن رطوبت در داخل کوره پخته میشود. قالبها ممکن است حاوی اینسرتهای فلزی باشند که به آن Chill میگویند. چیل باعث افزایش سرعت انجماد و افزایش استحکام نقطه ای در قطعه نهایی میشود.
رسانش گرمایی قالبهای گچی نسبت به قالبهای ماسهای کمتر بوده و در نتیجه زمان بیشتری برای خنک شدن و انجماد نیاز دارند. اندازه قطعات ساخته شده به این روش محدود بوده، و معمولاً وزنی بسیار کمتر از ۴۵ کیلوگرم دارند، اما قطعات میتوانند بسیار پیچیده بوده یا دیوارههای بسیار نازکی داشته باشند.
3. ریخته گری دقیق (Investment Casting)
در ریختهگری دقیق که با نام ریختهگری مومی نیز شناخته میشود، عموماً از قالبهای سرامیکی استفاده میشود. در این فرایند به جای موم از پلاستیک نیز میتوان استفاده کرد. این الگوهای مومی ابتدا توسط فرایند قالبگیری تزریقی ساخته شده و سپس بر روی یک تنه مومی (Wax Post) بر روی هم چیده و چسبانده میشوند، که به حوضچه مذاب ریزی متصل است.
به این مجموعه الگوها، درخت گفته میشود و معمولاً شامل یک سیستم راهگاهی پیچیده برای کمک به حرکت جریان مذاب است. برای ساخت قالب پوسته ای، این درخت چندین بار در داخل یک دوغاب سرامیکی فرو برده میشود. اولین لایه برای داشتن یک کیفیت سطح خوب از ذرات سرامیکی ریز تشکیل میشود و سپس برای حجم و استحکام بخشیدن به پوسته، برای لایههای بعدی از ذرات سرامیکی درشت تر استفاده میشود.
پس از هر مرحله فروکردن پوسته در داخل دوغاب سرامیکی، اجازه داده میشود قالب خشک شود. برای حذف موم از داخل قالب، آن را در داخل یک اتوکلاو حرارت میدهند. موم ذوب شده و پوسته سرامیکی توخالی شکل میگیرد. این قالب سپس پخته میشود تا رطوبت آن حذف گشته، سرامیک کاملاً پخته شده و برای مذاب ریزی پیش گرم شود.
همچنین بخوانید : روش های موم زدایی ریخته گری دقیق
از این روش هم برای ریختهگری فلزات آهنی و هم فلزات غیرآهنی میتوان استفاده کرد. پس از انجماد، پوسته سرامیکی شکسته شده و قطعات از تنه درخت برش داده میشوند. اصلیترین مزیت ریختهگری دقیق، امکان ریختهگری قطعات پیچیده با دقت و تلرانس بالا، دیواره نازک و سطح صاف است. اکثر قطعات ساخته شده به روش ریختهگری دقیق وزنی کمتر از 45 کیلوگرم دارند، هر چند قطعاتی به وزن بیش از ۱۰۰ کیلوگرم نیز به این روش ساخته شدهاند. عیب اصلی این روش زمان بر بودن و پر هزینه بودن آن است.
مراحل ریخته گری دقیق به ترتیب
4.ریختهگری فوم تبخیری (Evaporative-foam casting)
در ریختهگری فوم تبخیری از فوم پلی استایرین برای ساخت الگوهای یکبارمصرف در داخل قالبهای ماسهای خشک غیرچسبدار استفاده میشود. به این روش، ریختهگری لاست فوم یا فرایند پلی استایرین تبخیری نیز گفته میشود.
الگوها میتوانند یک تکه یا برای قطعات پیچیده چند تکه باشند. همچنین برای افزایش سرعت میتوان آنها را به صورت یک خوشه به یکدیگر چسباند. الگو با یک پوشش نازک مقاوم به دمای بالا، معمولاً سیلیس، پوشانده میشود. پس از خشک شدن پوشش، الگو در داخل فلاسک قرار داده شده و اطراف و روی آن با ماسه پر شده و برای تراکم بیشتر و بهتر کل مجموعه به ارتعاش درآورده میشود. با ریختن ماده مذاب، فوم پلی استایرین تبخیر شده و از بین میرود.
یختهگری فوم تبخیری نسبت به فرایندهای ریختهگری ماسهای سنتی، چندین مزیت دارد. این مزیتها عبارتند از:
1. به جای دو فلاسک فقط از یک فلاسک استفاده میشود.
2. نیازی به ماهیچه نیست.
3. فوم پلی استایرین بسیار سبک است.
4. هیچ خط جدایش (Parting Line) وجود ندارد.
5. قطعه در حالت ریخته شده و بدون فراوری صافتر است.
6. ریختهگری قطعات با پیچیدگیهای داخلی و خارجی فراوان، با انواع آهنها، فولادهای کربنی و آلیاژی، فولاد زنگ نزن، آلیاژهای آلومینیوم، برنج و برنز امکانپذیر است.
ریختهگری در قالبهای دائمی
در ریختهگری با قالبهای دائمی به جای استفاده از الگو، شکل قطعه نهایی مورد نظر در داخل یک قالب دائمی، معمولاً از جنس فلز یا گرافیت، ماشینکاری میشود. هزینه ساخت قالب در این روش بالاست، اما از این قالب برای ساخت هزاران قطعه میتوان استفاده کرد. روشهای ریختهگری در قالبهای دائمی بدون الگو شامل موارد زیر میشود:
1. ریخته گری ثقلی
این روش یک فرایند شبه-دقیق است و به دلیل قابلیت خنکشدن سریع قالب میتواند خواص مکانیکی بهتری در قطعه ایجاد کند. به علاوه با این روش امکان ساخت قطعات با ابعاد یکنواخت، تلرانسهای دقیق، و سطوح صاف امکانپذیر است. این قالبها معمولاً از جنس چدن خاکستری، فولاد کربنی، فولادهای ابزاری کار-گرم و گرافیت ساخته میشوند.
این قالبها برای ریختهگری فلزات غیرآهنی از قبیل آلیاژهای آلومینیوم، مس، منیزیم، سرب و روی مناسب هستند. برخی از چدنهای خاکستری را نیز میتوان در این قالبها ریختهگری کرد. ریخته گری در قالب دائم را هم میتوان به صورت دستی و هم به صورت اتوماتیک برای تولید انبوه انجام داد.
برای یک ریخته گری خوب، قالبهای دائمی معمولاً قبل از ریختن مذاب پیشگرم شده و در دمای مناسب نگهداری میشوند. این کار باعث بهبود جریان مذاب و کاهش صدمات حرارتی به قالب میشود. خط جدایش را میتوان برای راحتتر جدا کردن قطعه ریختگی به صورت عمودی قرار داد، اما از آنجایی که برخی فلزات در قالبهای افقی بهتر ریخته میشوند، مکانیزمهای چرخش میتوانند قالب را پس از ریختن، بچرخانند.
پس از مذاب ریزی امکان گرمایش یا سرمایش کمکی نیز وجود دارد. ماهیچهها میتوانند قطعات فلزی متحرک در داخل خود قالب باشند یا آنها را از ماسه یا گچ درست کرده و در داخل قالب قرار داد. به روشی که در آن از ماهیچههای ماسهای یا گچی استفاده میشود، فرایند ریختهگری قالب شبه-دائم گفته میشود.
از اینسرتها نیز میتوان برای هواکشی، خنککاری، گرمایش یا افزودن قابلیتهای دیگر به قطعه نهایی استفاده کرد. برای افزایش عمر قالب، کنترل انجماد مذاب، و راحتتر شدن جدایش قطعه از قالب، اجزای داخلی آن با پوششهای پوشانده میشود. این پوششها به دو دسته تقسیم میشوند: پوششهای عایق و پوششهای روانکار. برخی پوششها هر دو عملکرد را فراهم میکنند.
2. دایکستینگ
دایکستینگ یا ریختهگری تحتفشار، روشی سریع و تولید انبوه برای ریختهگری قطعات ساده یا پیچیده، معمولاً جدار نازک، و دقیق است. اندازه قطعات در این روش معمولاً کوچک و نهایتاً متوسط بوده و جنس آنها معمولاً از فلزات غیرآهنی است. ماده مذاب، توسط یک پیستون به صورت تحتفشار به داخل قالب یک ماشین دایکستینگ افقی و گاهی عمودی فرستاده میشود.
یکنیمه از قالب به یک صفحه فلزی ثابت و نیمه دیگر به یک صفحه فلزی متحرک متصل میشود. دایکاست طی پنج مرحله شامل آمادهسازی قالب، تزریق مواد مذاب، خنککاری، باز کردن قالب و برشکاری انجام میگیرد. در این روش میتوان در هر بار مذاب ریزی یک قطعه یا چندین قطعه تولید کرد.
انواع ماشینهای دایکستینگ عبارتند از: ماشین محفظه-داغ و ماشین محفظه-سرد. از ماشین محفظه-داغ عمدتاً برای ریختهگری روی و سایر آلیاژهای با دمای ذوب پایین استفاده میشود، هر چند از آن برای ریختهگری منیزیم نیز استفاده میشود. از ماشین محفظه-سرد برای ریختهگری آلیاژهای دما بالاتر، یعنی آلیاژهای آلومینیوم، منیزیم و مس استفاده میشود.
3.ریخته گری گریز از مرکزی
ریختهگری گریز از مرکزی، شامل انجماد ماده مذاب تحت یک نیروی گریز از مرکزی ساخته شده توسط یک قالب دوار میباشد. این نیرو باعث تولید قطعهای چگالتر نسبت به قالبهای ثابت میشود. تقریباً هر مادهای را میتوان به این روش ریختهگری کرد.
دو روش ریختهگری گریز از مرکزی اصلی وجود دارد: ریختهگری گریز از مرکزی واقعی و ریختهگری نیمه-گریز از مرکزی. در ریختهگری گریز از مرکزی واقعی، مذاب به داخل یک قالب که حول محور دوران خود میچرخد، ریخته میشود. از این روش برای تولید لولههای قطر بالا، لولههای دوفلزه، غلتکهایی با هر نوع طول یا ضخامت استفاده میشود.
قطر خارجی و طول توسط قالب و قطر داخلی با میزان مذاب ریخته شده کنترل میشود. در ریختهگری نیمه-گریز از مرکزی قالب کل شکل قطعه را ایجاد میکند. قالب معمولاً افقی دوران داده شده و مذاب از بالا ریخته میشود. در صورتی که قطعه توخالی باشد از ماهیچه استفاده میشود.
4. ریخته گری در حالت نیمه جامد (Semi-solid casting)
ریختهگری نیمهجامد ریخته گری با حالت خمیری است و نوع دیگری از ریختهگری تحت فشار است.این فرایند برای فلزات غیرآهنی، مانند آلومینیوم، مس و منیزیم استفاده میشود. سیالات این فرایند زمانیکه ماده تکان میخورد روان هستند اما درحالت ساکن غلیظ تر میشوند. بهطور ایدهآل، فلز باید ۳۰ تا ۶۶ درصد جامد باشد. فلز باید ویسکوزیته کمی داشته باشد تا قابل استفاده باشد.
5. ریخته گری پیوسته (continues casting)
ریختهگری پیوسته، فلز مذاب را بر اساس یک فرایند پیوسته، به جامد تبدیل میکند. در ساخت محصولات نیمه ساخته نظیر شمشه کاربرد دارد. این محصولات، طی فرآیندهای ثانویه به محصولات قابل استفاده در صنایع دیگر تبدیل میشوند.
<p>ریخته گری پیوسته طی چهار مرحله اصلی شامل ریختن ماده مذاب به درون پاتیل، انتقال ماده مذاب به پاتیل میانی، عبور ماده مذاب از قالب بسیار خنک و برش قطعات انجام میگیرد.
6. ریخته گری کوبشی (Squeeze casting)
ریختهگری کوبشی روشی در ساخت است که با ترکیب ریختهگری تحتفشار و آهنگری، آلیاژهای فلزی قویتری را برای استفاده در صنایع دفاعی و ساختمانی ایجاد میکند. فلز حاصل از این فرایند در برابر سایش و گرما مقاومت بیشتری دارد و تولید آن بسیار گران است. در این فرایند نیاز چندانی به سیال بودن فلز مایع نیست. زیرا جابجاییها اندک هستند با این حال بازار این فلزات رشد کردهاست و شامل صنایع کشاورزی و اتومبیل سازی است.