مقالات
در حال خواندن
ریخته گری فلزات- قسمت دوم
0

ریخته گری فلزات- قسمت دوم

توسط mostafa bohluli۷ خرداد, ۱۳۹۶

روش های ریخته گری:

فرآیند ریخته گری با تولید قالب آغاز می شود که شکل قالب، قرینه و معکوس قطعه ای است که ما نیاز داریم. قالب از مواد نسوز مانند ماسه تهیه می شود. فلز بر روی یک اجاق حرارت داده می شود تا ذوب شود.سپس فلز مذاب در گودی قالب که شکل قطعه مورد نظر است ریخته می شود. و تا زمان جامد شدن خنک می گردد. نهایتا قطعه فلزی شکل گرفته از قالب جدا می شود.

تعداد زیادی از سازه های فلزی که هر روز با آنها سرو کار داریم به روش ریخته گری تولید شده اند. علل این (گستردگی کاربرد ریخته گری) عبارتند از :

  • به روشریخته گری می توان قطعاتی را تولید کرد که هندسه بسیار پیچیده ای دارند و یا دارای حفره های درونی می باشند.
  • برای تولید قطعات بسیار کوچک و همچنین قطعات بسیار بزرگ از چندصد گرم تا چندین هزار کیلو گرم می توان از این روش استفاده کرد.
  • این روش از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه است . و هدر رفت کمی دارد. فلزاتاضافی در هر بار ریخته گری دوبار ذوب شده و استفاده می شوند.
  • فلزریخته گری شده ایزو تروپیک است یعنی در تمام جهات دارای خواص فیزیکی و مکانیکی یکسانی است.

مثال های پرکاربرد: دستگیره های در ، قفل ها ،پوشش یا بدنه موتور ها، پمپ ها و غیره، چرخ بسیاری از اتوموبیل ها.

از روش ریخته گری بطور گسترده ای در صنایع اسباب بازی استفاده می گردد . به عنوان مثال در تولید قطعات ماشین ها، هواپیما ها و غیره.

ریخته گری با ماسه:

در ریخته گری ماسه ای از ماسه طبیعی یا ماسه ترکیبی( ماسه دریاچه) استفاده میشود، که دارای یک ماده نسوز به نام سیلیکا می باشد. دانه های شن باید بقدر کافی کوچک باشند تا بتوان آن ها را متراکم کرد.و در عین حال باید آنقدر درشت باشند تا گازهای تشکیل شده در هنگام ریخته گری از بین منافذ آنها خارج شوند. در قالب های بزرگ تر از ماسه سبز استفاده می کنند(ترکیبی از ماسه،خاک رس و مقداری آب).

ماسه را می توان مجددا مورد استفاده قرار داد. همچنین زائده ها و فلزات اضافی بریده شده و مجددا استفاده می گردند.

قالب های ماسه ای دارای قسمت های زیر می باشند:

  • قالب از دو قسمت اصلی تشکیل شده است. درجه بالایی cope و درجه پایینی drag نامیده می شوند.
  • مذاب در فضای بین دو درجه که حفره قالب نام دارد ،جاری می گردد. هندسه طرح توسط یک قطعهء چوبی که الگو نام دارد، ایجاد می شود. شکل طرح ، تقریبا شبیه به قطعه ای که ما نیاز داریم می باشد.
  • حفره قیفی شکل که بالای این قیف ظرف مذاب ریزی قرار دارد. و به قسمت لوله مانند قیف sprue گفته می شود. فلز مذاب در داخل ظرف مذاب ریزریخته شده و از طریق spure به سمت پایین جاری می شود.
  • راهگاه ها ، کانل هایی عمودی و توخالی هستند که حفره قالب را به سطح آن متصل می کنند. منطقه ای که این راهگاه ها به حفره ء قالب می رسند ، دروازه (gate) نام دارد.
  • چندین حفره دیگر نیز درون قالب تعبیه می شوند که با سطح آن در تماسند. اضافه مذابی که درون قالبریخته می شود ، به داخل این حفره ها که “لوله های تغذیه” نام دارند جاری  می گردد. این لوله ها مانند مخازن ذخیره مذاب عمل می کنند. همینطور که مذاب در داخل حفره قالب در حال جامد شده است حجم آن کم می شود. برای جلوگیری از ایجاد حفره در داخل قطعه ، مذاب جبران کننده از داخل این لوله ها به قالب وارد می شود.
  • منافذ هوا که لوله های باریکی هستند که حفره قالب را به فضای بیرون متصل می کنند و به گاز ها و هوای داخل قالب اجازه می دهند که از قالب خارج شوند.
  • ماهیچه ها: بسیاری از قطعاتریخته گری دارای سوراخ های داخلی هستند(فضا های خالی).یا برخی حفره های موجود در ساختار آنها از هیچ کجای قالب قابل دسترسی نیستند. این سطوح درونی به وسیله ماهیچه ها ایجاد می گردند. ماهیچه ها ازطریق آمیختن ماسه با یک سری چسب های خاص تهیه می شوند .
  • این چسب باعث می شود که وقتی ماهیچه را در دست می گیریم شکل خود را حفظ کند. قالب از طریق قرار دادن ماهیچه در داخل حفره درجهء پایینی و قرار دادن درجه بالایی روی آن و قفل کردن دو درجه به هم، ساخته می شود. بعد از انجام عملیاتریخته گری ، ماسه ها کنار زدن می شوند و ماهیچه بیرون کشیده شده و معمولا شکسته میشود.
تهیه قالب با ماسه برای تولید یک قطعه

تهیه قالب با ماسه برای تولید یک قطعه

عموما مراحل ریخته گری فلزات به شرح زیر است:

  • طراحی قطعه مورد نظر و تهیه نقشهریخته گری از آن.
  • تهیه مدل مناسب قطعه از روی نقشه های ریخته گری.
  • تهیه مذاب از فلز مورد نظربا آنالیز مطلوب.
  • تهیه قالب مناسب یا فضای خالی که به شکل قطعه است.
  • تهیه ماهیچه برای مناطق تو خالی قطعه ریختگی و نصب آن در داخل قالب.
  • ریختن فلز مذاب به داخل قالب با دما و سرعت مناسب به طوریکه گازهای متصاعد شده بتوانند از داخل قالب خارج شوند و فضای قالب به طور کامل از فلز مذاب پر شود.
  • کنترل سرد شدن فلز مذاب در داخل قالب به طوری که بر اثر انقباض، فضای خالی یا حفره در داخل قطعه ایجاد نشود.
  • بعد از انجماد قطعه ریختگی به راحتی باید بتواند از درون قالب بیرون بیاید.
  • قسمت های اضافی که به قطعه چسبیده اند باید به آسانی از قطعه جدا شوند.

تهیه قالب

تهیه قالب یکی از مهم ترین مراحل ریخته گری فلزات می باشد. توجیه پذیری اقتصادی، تعداد قطعه، اندازه قطعه، کیفیت سطح قطعه، پیچیدگی شکل قطعه از عوامل مهمی هستند که در قالب گیری یا تهیه قالب قطعات ریختگی باید مدنظر قرار بگیرند. امروزه مهمترین روشهای قالب گیری ( تهیه قالب) فلزات به شرح زیر می باشند:

  • ریختهگری در قالب ماسه ای
  • ریختهگری در قالب دائمی بدون فشار
  • ریخته گری در قالب دائمی تحت فشار( دایکاست).
  • ریختهگری گریز از مرکز که عمدتا در داخل قالب های فلزی صورت می گیرد. گرچه ممکن است در داخل قالب های ماسه ای نیز انجام شود.
  • ریختهگری بامدل های ذوب شدن ( Lost Wax CastingوLost Foam Casting)که ریخته گری دقیقی برای قطعات بسیار بزرگ تکی می باشد.
  • ریختهگری پوسته ای ( Shell Molding ).
  • ریختهگری در قالب گچی ( Plaster Molding) که معمولا برای قطعات دقیق و زینتی به کار می رود که از آلیاژهایی که نقطه ذوب پائینی ( کمتر از ۱۰۰۰۰ درجه سانتیگراد ) دارند، ساخته می شوند.

تهیه مدل

مدل دقیق مشابه قطعه ریختگی می باشد که تغییراتی بر حسب نیاز بر روی آن انجام می شود. مدل های دائمی بر حسب تعداد قطعات ریختگی از چوب، پلاستیکهای فشرده یا آلومینیم ساخته می شوند.

در ساخت مدل پارامترهایی باید مد نظر قرار بگیرند که عبارتند از:

  • اعمال ضریب انقباض فلز
  • شیب مدل
  • گوشت اضافی برای ماشین کاری

اعمال ضریب انقباض فلز

معمولا اکثر فلزات به هنگام انجماد انقباض حجمی از خود نشان می دهند و قطعه پس از انجماد به طور پیوسته تا رسیدن به دمای محیط منقبض می شود. این انقباض ممکن است تا ۶ درصد نیز برسد. بنابراین در ساختن مدل حتما باید انقباض حجمی فلز منظور شود. نسبت کاستی به حجم قطعه موجود به بیش از ۲ درصد یا ۲۵/۰ اینچ در فوت می رسد. ضریب انقباض برای چند فلز معمول مهندسی به شرح زیر است:

  • چدن ۸/۰ % الی ۱ %
  • فولاد ۵/۱ % الی ۲ %
  • آلومینیم ۱ % الی ۳/۱ %
  • منیزیم ۱ % الی ۳/۱ %
  • برنج وبرنز ۵/۱ %

معمولا این ضرایب بر روی خط کش های مخصوص اعمال می شوند که مدل ساز برای ساخت مدل از خط کش مخصوص استفاده می کند.اگر قرار باشد مدل فلزی از روی مدل چوبیریخته گری شود ، در مدل چوبی علاوه بر ضرایب انقباض قطعه، ضرایب انقباض مدل فلزی نیز منظور می شود.البته استفاده از خط کش های انقباض باید با دقت کافی انجام گیرد، زیراانقباض حرارتی تنها عامل موثر بر تغییر ابعاد هنگام انجماد نیست. تبدیل های فازی (شامل واکنش های یوتکتویدی، مارتنزیتی و گرافیتی شدن) نیز می توانند موجب انقباض ها یا انبساط های قابل توجهی شوند.

شیب مدل 

درریخته گری مدل های دائمی حتما باید مدل بتواند به راحتی از داخل قالب بیرون بیاید. بنابراین قالب معمولا دو تکه است. رعایت دقت محل جدایش یا سطح جفت شونده دو قسمت  قالب بسیار مهم است. همچنین برای سطوحی از مدل که به موازات جهت خروج از قالب هستند، باید شیب مناسبی منظور نمود. اگر سطوح مدل دقیقا به موازات جهت خروج از قالب باشد بر اثر اصطکاک سطوح مدل با دیواره های قالب در موقع درآوردن مدل از قالب سطوح و دیواره های قالب کنده می شود. این اشکال در گوشه ها و زاویه های تیز دیده خواهد شد.

برای جلوگیری از این کار در این گونه صفحات شیبی منظور می شود که با شکل ، اندازه و عمق مدل در ماسه متناسب می باشد.

گوشت اضافی برای ماشین کاری

در اکثر قطعات ریختگی ، قطعات بعد از فرآیند ریخته گری، برای رسیدن به صافی سطح مطلوب و اندازه واقعی به انواع مختلفی از عملیات ماشین کاری نیاز خواهند داشت. برای انجام این ماشین کاری ها ابعاد مدل یا قطعه ریخته گری را تا اندازه ای بزرگتر از قطعه واقعی درنظرگرفته می شود.این ابعاد اضافی راگوشت اضافی برای ماشین کاری می نامند.

آماده سازی ماسه قالب گیری

ماسه ای که برای ساخت قالب های ریخته گری به کار می رود عمدتا اکسید سیلیسم(SiO2) است. برای فلزاتی که نقطه ذوب بالایی دارند، از قبیل فولادها، از اکسید زیرکونیم(ZrO22) استفاده می شود.قالبی که از ماسه ساخته می شود باید استحکام کافی برای ریخته گری سالم قطعه مورد نظر را داشته باشد. علاوه بر آن هر ماسه ریخته گری حتما باید دارای مشخصات زیر باشد:

  • دیر گدازی یا قابلیت تحمل دمای فلزریخته گری
  • چسبندگی یا قابلیت نگهداشتن شکل مطلوب پس از قالب گیری
  • نفوذ پذیری یا قابلیت عبور دادن گازها از خود
  • قابلیت متلاشی شدن پس از انجماد فلز

برای تعیین مشخصات ماسه آزمایشهای استانداردی روی ماسه انجام می گیرد که عموما پارامترهای زیر را تعیین می کند:

  • شکل ماده
  • اندازه دانه
  • توزیعدانه بندی
  • دمای ذوب ماسه
  • ناخالصی های ماسه ( میزان خاک رس و سایر اکسیدهای زود گداز)
  • سختی، استحکام، نفوذ پذیری بعد از فشرده شدن ( تر و خشک)
  • تاثیر مقادیر افزودنی ها روی خواص ماسه

مختصری درباره ی فرآیند انجماد در ریخته گری

انجماد عامل ایجاد بسیاری از ویژگی های ساختمانی است که کنترل کننده خواص محصول نهایی هستند. بسیاری از نواقص ریخته گری از قبیل انقباض و تخلخل گازی از فرایند انجماد  حاصل می شوند، که با دقت در فرایند و اشراف به نواقص حاصله تا حدود زیادی می توان از شدت این نواقص بکاهیم. هر فرایند انجماد شامل دو مرحله می باشد که عبارتند از : جوانه زنی و رشد.

درادامه این مقاله با ما همراه باشید……

واکنش شما چیست؟
I like it
100%
interested
0%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
mostafa bohluli

دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید