مقاله بررسی تعریف،کاربرد و مزایای ریخته گری در 132 صفحه ورد قابل ویرایش

چکیده

در این مقاله مراحل و تاریخچه ریخته گری، روشهای تولید قطعات، مهمترین مزایای روش ریخته گری، محصولات ریخته گری، قالب های ریخته گری، مدل pattern و … را مطرح می کند.

ریخته گری یکی از روشهای شکل دادن قطعات فلزی است که شامل تهیه مذاب از فلز مرد نظر و ریختن آن در محفظه ای بنام قالب است، به گونه ای که پس از انجماد مذاب، شکل، اندازه و خواص مورد نظر تامین شود. بنابراین با توجه به این تعریف یک فرآیند ریخته گری را باید مجموعه ای از عملیات ذوب، تهیه قالب و ریختن مذاب دانست .

در تهیه قطعات صنعتی هر چند ریخته گری بدلیل ویژگی های آن از نقطه نظر تکنولوژی و جنبه‌های اقتصادی به عنوان یک روش مهم و اساسی مطرح است، با این وجود برای بدست آوردن شناختی واقعی و همه جانبه، لازمست تا ویژگیهایی این روش در کنار سایر روشهای موجود در تولید قطعات مورد بررسی و اندیابی قرار گیرد.

بطور کلی روشهای اصلی شکل دادن فلزات را علاوه بر ریخته گری به چهار گروه عملیات مکانیکی، اتصالی، ماشینکاری و متالوژی پودر تقسیم می نمایند.

عملیات مکانیکی با روش مکانیکی شکل دادن ، Mechanical procen

در این عملیات مواد جامد فلزی موسوم به شمش تحت روشهایی نظیر چکش کاری یا تپک کاری، نورد و اکستروژن ( فشار کاری) شکل داده می شود.

در حقیقت در این روش ها یک قطعه فلزی تحت تأثیر ضربه یا نیروی اعمالی تغییر شکل پلاستیک می دهد.

این شکل دادن با توجه به جنس فلز و شرایط کاربردی آن ممکن است به صورت سرد یا گرم انجام شود.

هر گاه کار مکانیکی در درجه حرارتهای پانیمتر از ?/? نقطه ذوب بر حسب درجه کلوین انجام شود به آن کار سرد گویند، در حالیکه انجام کار مکانیکی در درجه حرارتهای بالاتر از حد ذکر شده، کارگر نامیده می شود.

واژه های کلیدی: ریخته گری، قالب، مدل، ماسه
فهرست مطالب

تعریف ریخته گری ?
مراحل ریخته گری ?
تعریف ریخته گری ?
تاریخچه ریخته گری ?
دوره برنز ( مس و مفرغ) ?
دوره آهن ??
دوره تاریک صنعتی ??
دوره رنسانس صنعتی ??
دوره انقلاب صنعتی ??
روشهای تولید قطعات ??
اکستروژن ??
محدودیت ها و مزایا ??
روش متالوژی پودر. Powder Metallurgy ??
مهمترین مزایای روش ریخته گری ??
محصولات ریخته گری ??
انواع شمش ??
قالب های دائمی ??
قالب های موقت ??
مشخصات عمومی قالبهای موقت ??
قابلیت شکل پذیری ??
دیر گدازی ??
داشتن استحکام مکانیکی ??
داشتن انتقال حرارت مطلوب ??
قابلیت متلاشی شدن ??
ماسه ??
ماسه طبیعی ??
معدن ماسه ??
ماسه مصنوعی ??
ماسه سیلیسی نامرغوب ??
ماسه های دیرگداز غیر سیلیسی ??
انبساط حرارتی ماسه های قالبگیری مختلف ??
کنترل شکل و اندازه ذرات ماسه ??
چسب ها Binders ??
تقسیم بندی چسبها از لحاظ ترکیب شیمیایی ??
بهبود قابلیت از هم پاشیدگی ??
افزودنیهای مخصوص در مخلوط های قالبگیری ??
درصد اجزای تشکیل دهنده ??
احیاء و آماده سازی ماسه ??
روشهای احیا ماسه ??
آماده سازی ماسه ??
خاکها ??
انواع مدل ??
مدلهای چوبی ??
مدلهای فلزی ??
مدلهای پلاستیکی ??
مدلهای طبیعی ??
مدل یک تکه ??
مدلهای صفحه ای ??
مدل با قطعه آزاد ??
مدل با سیستم راهگاهی ??
مدلهای مخصوص ??
اضافه مجاز انقباضی ??
میزان اضافه مجاز ماشینکاری آلیاژ های صنعتی ??
اضافه مجاز ماشینکاری ??
شیب مجاز ??
اختلاف مجاز ( تلرانس) ??
اشتباه در مجاز ??
ریخته گری در قالبهای ماسه ای تر ??
روشهای قالبگیری با ماسه تر ??
ریخته گری در قالب ماسه ای خشک ??
قالب های خشک شده سطحی ??
قالبهای ماسه ای کاملاً خشک ??
ریخته گری در قالبهای Co2 ??
واکنش سیلیکات سدیم و دی اکسید کربن ??
مخلوط ماسه قالبگیری ??
ریخته گری در قالبهای پوسته ای ???
عملیات تهیه قالب و ماهیچه ???
روش ریخته گری دقیق Investment casting ???
مزایای روش ریخته گری دقیق ???
انواع روشهای ریخته گری دقیق ???
مواد نسوز در فرآیند پوسته ای دقیق ???
ریخته گری در قالبهای دائمی ???
تقسیم بندی روشهای ریخته گری در قالبهای دائمی ???
ریخته گری در قالبهای ویژه ( روش ثقلی)Grarity Die Cootiney ???
روشهای ریخته گری ویژه ???
عمر قالب ???
درجه حرارت بار ریزی ???
ریخته گری تحت فشار pressure Die Casting ???
روش ریخته گری تحت فشار با محفظه سرد ???
ریخته گری تحت فشار کم ???
ریخته گری گریز از مرگز Centrifugal Casting ???
روشهای بارریزی ???
ریخته گری گریز از مرکز عمومی ???
پوشش دادن قالب و ماهیچه ???
انواع مواد پوششی در قالب های موقت ???
روشهای پوشش دادن قالب و ماهیچه ???
مشخصات مواد پوششی ???
عمر مواد پوششی ???
مواد پوششی برای آلیاژ های مختلف ریختگی ???
مواد پوششی در آلیاژ های مختلف مثل Cu, Mg, Al, ZA ???
کوره های ذوب ???
کوره های تشعشی: Rever bratory Farnace ???
کوره های الکتریکی Electric Furnace ???
کوره های القایی Inducticn Furnace ???
عملیات کیفی ???
منابع تولید گاز در مذاب ???
اتمی مولکولی ???
بعنوان مثال تأثیر عناصر آلیاژی را بر انحلال هیدروژن در آلومینیم ???
عوامل موثر در میزان مکهای گازی ???
روشهای کمی ???
روش استخراج در خلاء ???
روشهای گاززدایی ???
روشهای مکانیکی ???
روش گار زدایی با استفاه از کاهش فشار خارجی ???
استفاده از گازهای فعال ???


تعریف ریخته گری:

ریخته گری یکی از روشهای ساخت و شکل دادن فلزات است.

در این روش یک فلز یا آلیاژ ابتدائاً ذوب شده و در درون یک محفظه تو خالی بنام قالب که تقریباً به شکل قطع ساخته شده ریخته می شود، بنحوی که پس از پایان انجماد شکل، ابعاد، ترکیب شیمیای و خواص مورد نظر بدست آید.

مراحل ریخته گری:

1) طراحی مکانیکی طرح مدل سازی انتخاب روش مناسب

طراحی ریخته گری

قالبی که برای ساخت ماهیچه استفاده می شود.

2) ساخت قالب و ماهیچه

ریخته گری عملیات تخلیه و تمیز کاری( عملیات حرارتی و ساچمه زنی و…) بازرسی و آزمایش قطعات بسته بندی و ارسال

3) ذوب فلز

تعریف ریخته گری

ریخته گری یکی از روشهای شکل دادن قطعات فلزی است که شامل تهیه مذاب از فلز مرد نظر و ریختن آن در محفظه ای بنام قالب است، به گونه ای که پس از انجماد مذاب، شکل، اندازه و خواص مورد نظر تامین شود. بنابراین با توجه به این تعریف یک فرآیند ریخته گری را باید مجموعه ای از عملیات ذوب، تهیه قالب و ریختن مذاب دانست بطور کلی مراحل ریخته گری یک قطعه قلزی به طور ساده در ذیل نشان داده شده است.

تاریخچه ریخته گری:

براساس تحقیقات باستان شناسان، ریخته گری فلزات، یک تکنولوژی ماقبل تاریخ بوده و قدمتی شش هزار ساله دارد.

اولین اشیای ساخته شده از فلزات بصورت قطعات کوچک چکش کاری شده از مس هستند که قدمت آنها به هزار سال قبل از میلاد مسیح می رسد.

از نقطه نظر تاریخی، ریخته گری را می توان به چند دوره تقسیم نمود که در اینجا بشرح آنها به اختصار می پردازیم.

دوره برنز ( مس و مفرغ)

این دوره در خاور نزدیک و در حدود 3000 سال قبل از میلاد مسیح آغاز شده اولین اشیای برنزی کشف شده بصورت آلیاژی از مس و آرسنیک ( حدود 4 درصد) بوده است.

موضوع مهم در این دوره، پی بردن به تأثیر قلع بر خواص مس است که باعث افزایش استحکام و سختی آن می شود. این موضوع هنوز در پرده ای از ابهام است. زیرا نه سنگ معدن مس حاوی قلع بوده و نه اینکه معدن مس و قلع نزدیک هم قرار دارد که آلیاژ شدن آنها بطور اتفاقی امکان پذیر باشد.

در ارتباط با چگونگی پیدایش ریخته گری، میتوان اینگونه تحلیل کرد که با توجه به اینکه پتک کاری قبل از ریخته گری مورد استفاده بشر قرار گرفته است، ممکن است در هنگام تپک کاری عمل ذوب بطور اتفاقی صورت گرفته باشد که با مشاهده این امر موارد ذیل در ذهن بشر القا شده است:

-مذاب باید در محفظه ای ریخته شود تا شکل پیدا کند.

- برای تهیه مذاب باید کوره های تپک کاری بگونه ای تغییر یابد که همواره تهیه مذاب در آن امکان پذیر باشد.

- برای تهیه مذاب و نگه داری آن باید ظرفی نسوز تهیه کرد ( بوته)

با توجه با اینکه بشر قبلاً به نسوز بودن بعضی از خاکها پی برده و نیز به دلیل آشنایی با حرفه سفالگری، به نحوه شکل دادن خاک نیز دست یافته بود، لذا به نیازهای اول و سوم او پاسخ داده شد. نیاز دوم یعنی ساخت کوره های ذوب نیز احتمالاً با سنگ چین و گل اندود نمودن و قرار دادن محلی برای عبور هوا برآورده شد.

از مسائل مهم در این ارتباط موضوع و مش بود که این امر به تبدیل سیستم دم از حالت فوت کردن به استفاده از کسیه دم و سپس به موتورهای تنظیم هوا و فشار مناسب که امروزه کاربرد فراوانی دارد منتهی شد.

بطور کلی در دوران مفرغ، ساخت قطعاتی نظیر تبر، نیزه، کارد، سپر، ظروف و شیشه و نیز ساخت آلیاژ هایی از عناصری نظیر قلع ( تا 18 درصد) و سرب ( تا 11 درصد) و آرستیک و روی معممل بوده است.

دوره آهن:

براساس کاوش باستان شناسان در چین قطعاتی چون مربوط به 600 سال قبل از میلاد مسیح بدست آمده است اما پیدایش آهن به عنوان یک دوره به دو هزار سال قبل از میلاد مسیح می رسد.

نام آهن در زبان پهلوی به عنوان آلیسن در زبان آلمانی آیزن و در انگلیسی آیرن نامیده می شود و احتمالاً در هنگام ذوب مس به آن پی بردند.

در هر حال در حدود 1200- 1000 سال قبل از میلاد آهن تقریباً ماده اصلی اغلب سلولها و ابزارها را تشکیل می داد.

با توجه به نقطه ذوب بالا ( 1539 بدیهی است که ذوب مستقیم آهن تا قرن نوزدهم میلادی امکانپذیر نبود ولی در اواسط دوره آهن بر اثر افزایش کربن و پائین آمدن نقطه ذوب ( در چدنها) قطعات ریخته گری نیز بوجود آمد.

نکته مهم دیگر کشف عملیات حرارتی بر روی آهن بود که از اهمیت خاصی برخوردار است. در مصر شمشیری و تبری با پوشش خاک نسوز بدست آمده که لبه آن حاوی 9 .0 درصد کربن و قسمتهای میانی آن تقریباص فاقد کربن است.

در این اشیاء سختی در قسمت میانی معادل 70 BHN و در قسمت لبه معادل 440 BHN می باشد البه در این دوره جدیدی در آلیاژ های مس نیز بوجود آمده و آلیاژ های مختلفی از مس و قلع ساخته شد.

از آلیاژهای دیگر ساخته شده در اواخر این دوره آلیاژ برنج ( مس و روی) و نیز بنجهای قلع دار است. پیدایش روشهای جدید ریخته گری و قالبگیری را نیز باید از دیگر تحولات دوره آهن دانست در این دوره شواهدی وجود دارد که از قالبهای سرامیکی نیز استفاده بعمل آمده است.

از عجایب این دوره ساخت مجسمه رودیس است که در سال 290 قبل از میلاد ساخته شد و جزء عجایب هفتگانه محسوب می شود.

این مجسمه 32 متری که از قطعات مختلف برنز ریختگی ساخته شده و وزنی حدود 390 تن داشت، طی زمین لرزه ای در دریای مدینترانه غرق شد.

دوره تاریک صنعتی:

در سده های سوم و چهارم بعد از میلاد تا قرن چهاردهم میلادی یک دوره رکود در صنایع و از جمله ریخته گری بوجود آمد.

البته، با توجه به حاکمیت کلیسا و تزئینات آن نظیر ناقوس و شمعدانی روشهای جدیدی در ریخته گری ابداع شد. ( قالب گری با فرمان)



دوره رنسانس صنعتی:

این دوره از سال 1500 میلادی تا 1700 میلادی بطول انجامید. در این دوره صنعت توپ ریزی بنا نهاده شد. ابتدا لوله هیا توپ از برنز و سپس از چدن ساخته شد.

در این دوره علاوه بر تکامل کوره ها و سیستمهای دمشی، از نظر مواد اولیه باید آغاز استفاده از ماسه و روش قالبگیری در ماسه محسوب کرد.

ظهور چدن و فولاد به عنوان مواد اولیه در ساخت قطعات و لوازم دفاعی و خانگی و همچنین استفاده از آلیاژ های متفاوت مس نظیر برنز و برنج و عناصر دیگر و استفاده از طلا در ساخت زینت آلات و قطعات تزئینی از مظاهر دیگر این دوره است.

در این دوره متالوژی بعنوان یک علم مستقل، پیشرفت کرد و نظریه ساختاری بطوری فلزات و سایر مواد توسط هارلکویکر ( Harsoeker) فرانسوی اعلام شد.

قرن هفدهم قرن دستیابی به ابزاری جدید بنام میکروسکوپ بود که تحولی جدی در علم متالوژی ایجاد کرد.



قابلیت شکل پذیری:

هر چند در ساخت قالب، نحوه شکل دادن به یک مخلوط قالبگیری با توجه به ماهیت این مواد متفاوت است، با این وجود دارا بودن قابلیت شکل پذیری و حفظ نمودن آن، بعنوان مهمترین ویژگی مواد قالب گیری در تمام روشها مطرح می باشد.

در میان مواد قالبگیری مورد استفاده در ساخت قالبهای موقت ماسه قالبگیری بدلیل برخورداری از سهولت شکل پذیری در اثر کوبیدن بعنوان قدیمی ترین روش قالبگیری بخش مهمی از فرآیند ریخته گری را به خود اختصاص داده است.

دیر گدازی:

با توجه به اینکه مذاب فلزات مختلف از درجه حرارت ریختن تا انجماد کامل در داخل محفظه قالب و در تماس مستقیم با مواد قالب قرار دارند لذا دیرگدازی یا نسوز بودن این مواد جهت تولید قطعه ای سالم امری لازم و ضروری است قابل ذکر اینکه این دیر گدازی هم ذرات ماسه و هم مواد چسب را شامل می شود.

داشتن استحکام مکانیکی

یک مخلوط مواد قالبگیری پس از شکل گیری باید از استحکام کافی برخوردار باشد بگونه ای که هنگام جابجایی و انتقال به مجل بارریزی شکل ایجاد شده را حفظ نماید.

همچنین در موقع بارزیزی، در اثر تماس با مذاب داغ مقاومت خوبی را در مقابل سایش و فرسایش از خود نشان داده و در اثر فشار فلز دستیابی ( فشار مذاب) Metalostatic pressure دچجار تغییر شکل و ابعاد نگردد.

معانی گوناگون استحکام در طی مراحل مختلف قالبگیری و ذوب ریزی

· طبق تعریف دیر گدازی عبارتست از توانایی ماسه برای تحمل دمای بالا بدون سوختن یا تجزیه شدن

حداقل تغییرات ابعادی در درجه حرارتهای بالا:

با توجه به اینکه جداره های محفظ قالب در اثر مجاورت با مذاب داغ، بسرعت گرم می شوند از اینرو در صورتی که مواد قالب از ضریب انبساطی مطلوب برخوردار نباشند، سطح قالب در اثر انبساط سریع، دچار بادگردگی، ترک و یا شکست می شوند.

·قابلیت نفوذ گاز

علاوه بر هوای موجود در محفظه قالب،‌ مخلوط مواد قالبگیری نیز اغلب حاوی اجزایی است که در مجاورت مذاب تبخیر شده به صورت گاز بخشی از محفظه قالب را اشغال می کند.

با توجه به این امر، جهت خروج گازهای موجود، وجود منافذ کافی در بدنه قالب لازم و ضروری است.


داشتن انتقال حرارت مطلوب

بطور کلی انجاما فلز مذاب در داخل قالب مستلزم خروج حرارت مذاب از طریق مواد قالب می باشد. با توجه به اینکه سرعت این انتقال حرارت نقش بسیار موثری را در مشخاصت و خواص متالوژیکی و مکانیکی قطعه ریختگی بر عهده دارد، از این رو، در انتخاب مواد قالب گیری به این نکته مهم باید توجه شود.

· توانایی ماده تشکیل دهنده قالب در عبور دادن بخار از طریق دیواره ها.‌نفوذ پذیری یا قابلیت نفوذ گاز نامیده می شود.

قابلیت متلاشی شدن:

با توجه به اینکه قالبها باید پس از ریختن مذاب و جامد شدن آن تخریب گردند، بنابراین مخلوط مواد قالبگیری بایستی به هنگام خروج قطعه از قالب به خوبی از هم پاشیده شود

اقتصادی بودن:

ارزش اقتصادی همواره به عنوان عاملی مهم در کنار یک تولید مهندسی بشمار می رود. به همین جهت قابل دسترس بودن مواد قالب در طبیعت و نیز قابلیت استفاده مجدد از این مواد از مشخصات مهم قالبهای موقت می باشد.

واژه استحکام در مورد قالبهای موقت در طی مراحل مختلف قالبگیری و ذوب ریزی از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده و از این دید معانی گوناگونی نیز دارد:

استحکام تر: استحکام قبل از خودگیری نهایی ( یا قبل از خشک کردن قالب)

استحکام خشک: استحکام بعد از خشک کردن قالب یا خودگیری چسب

استحکام گرم: استحکام در هنگام ریخته گری و در حین انجماد قطعه

استحکام باقیمانده : استحکام پس از پایان انجماد قطعه، در حین سرد شدن تا دمای اطاق

معمولاً هر چه استحکام تر بالاتر، استحکام خشک بالاتر، استحکام گرم بالاتر و استحکام باقیمانده کم باشد بهتر است.

استحکام باقیمانده کم

از نظر تخریب قالب

از نظر جلوگیری از بروز ترک در قطعه

ماسه:

همانگونه که اشاره شد یکی از اجزای اصلی در مخلوط ماسه قالبگیری، ذرات دیرگداز موسوم به ماسه است. بطور کلی ماسه ذرات ریزی از مواد معدنی می باشد که قطر آن در محدودة mm ( 2-5%) تغییر می کند.

ذراتی که قطر آنها کمتر از 2% میلیمتر است، طبق تعریف خاک نامیده می شوند. مخلوط ماسه قالبگیری که در ریخته گری مورد استفاده قرار می گیرد براساس ماهیت آن به دو دسته تقسیم بندی می شوند.

1- ماسه طبیعی 2- ماسه مصنوعی

ماسه طبیعی:

این ماسه ها که جزء دیرگداز آن سیلس Sioz می باشد درطبیعت به صورت مخلوطی با خاک رس ( چسب طبیعی) یافت می شود.

میزان خاک رس در ماسه هایی که در ریخته گری مورد استفاده قرار می گیرند بین 20-8 درصد تغییرات است علاوه بر خاک رس ترکیبات دیگری نیز معمولاص در این ماسه ها وجود دارند که عبارتند از: اکسید آلومینیم Al2o3 ، اکسید آهن Fe203، اکسید تیتانیم Tioz، اکسید کلسیم cao اکسید منیزیم Mgo، اکسید پتاسیم k20 و اکسید سدیم Na­2o



مدلهای پلاستیکی:

این مدلها از انواع رزینها ساخته می شوند. زرینهایی که برای ساخت مدلهای پلاستیکی بکار می روند از استحکام فشاری بیشتری ( در مقایسه با مدلهای چوبی)، مقاومت خوب در مقابل مواد شیمیایی و نیز چسبندگی کم به مواد قالبگیری برخوردارند. از ویژگی های مهم این مواد در ساخت مدلها می توان به پایداری ابعادی عالی و نیاز به مهارت کمتر در مقایسه با ساخت مدلهای فلزی اشاره نمود.

برای ساخت مدلهیا پلاستیکی، ابتدا یک قالب گچی مناسب از روی مدل اولیه چوبی تهیه می شود. معمولاً پس از ریختن مواد به داخل قالب، برای خودگیری و سخت شدن آنرا بمدت 2 الی 12 ساعت در درجه حرارت اطاق قرار می دهند.

حداکثر استحکام پس از مدت یک هفته در درجه حرارت اتاق و یا 2 الی 3 ساعت در درجه حرارت 70-50 بدست می آید.

همچنین به منظور کاهش زمان خودگیری و یا کاهش هزینه ها، زرینها را با مواد پر کننده ای مانند مواد معدنی و یا پودر فلزات مخلوط نموده و بکار می برند.

برای ساخت مدلهای پلاستیکی از روش پوسته ای ماهیچه دار نیز استفاده می گردد. در این روش، مغری یا ماهیچه از چوب و یا مواد دیگر تهیه می گردد و سپس با قرار دادن این مغزی در قالب، مواد رزینی مناسب بداخل آن ریخته می شود بدین ترتیب با کاهش یافتن مواد رزینی، هم هزینه آن پایین می آید و هم انقباض زیاد مواد زرینی جلوگیری می گردد

این روش بیشتر برای ساخت مدلهای پلاستیکی با اندازه متوسط و اشکال ساده استفاده می شود.

دسته بندی مدلها براساس شکل ظاهری آنها:

مدلها را می‌توان از نظر میزان تشابه آنها با شکل قطعه ریختگی ( نقشه مکانیکی) به دو گروه اصلی تقسیم نمود.

مدلهای طبیعی:

این نوع مدلها، از نظر شکل ظاهری کاملاً شبیه قطعه ریختگی هستند و می توان قسمت های داخلی و خارجی قطعه را با استفاده از یک مدل، در داخل مواد قالبگیری (ماسه) تهیه نمود.

مدلهای ماهیچه دار:

این نوع مدلها اصولاً شباهت چندانی به قطعه مورد نظر نداشته و دارای زائد هایی بنام تکیه گاه یا ریشه ماهیچه برای نگه داری ماهیچه در محفظه قالب هستند و نمی توان با استفاده از یک مدل قسمتهای داخلی آنرا قالبگیری نمود. این قسمت توسط جعبه ماهیچه ساخته می شود.