اولین آثار بجا مانده ریخته گری دقیق در تاریخ از آثار باستانی کشور غنا در آفریقا می باشد در یک پوسته سفالی قالب و مدل قرار داشته که بعد از ذوب با چرخش قالب مذاب از پایین پوسته توسط راهگاه وارد محفظه قالب شده و در آن منجمد می شده است.
ریخته گری دقیق یکی از روش های بسیار مناسب برای تولید قطعات می باشد.در این روش قطعه ریخته شده دارای ابعاد مورد نظر برای مصرف می باشد همچنین کیفیت سطحی مناسب و مطلوبی در این روش بدست می آید. در برخی قطعات می توان محصول ریخته شده به این روش را پس از قطع سیستم راهگاهی و تغذیه ،مورد استفاده قرار داد و از صرف هزینه و زمان ماشین کاری اجتناب نمود.از معایب این روش هزینه سرمایه گذاری بالا در ایجاد خط تولید و مواد اولیه و نیاز به مهارت و آموزش پیشرفته کارکنان در این روش می باشد که چنین مسائلی باعث می شود که تولید قطعات به این روش محدود گردد و فقط برای قطعات حساس و ویژه بکار رود.از دیگر محدودیت های این روش وزن قطعات در این روش می باشد که نمی توان قطعات با وزن و ضخامت بالا را در این روش ریخته گری نمود. البته تخلیه قالب در این روش با مشکلاتی همراه است که کاملا بیان می گردد.
مراحل تولید یک قطعه به روش ریخته گری دقیق
1)طراحی : برای تولید یک قطعه به روش ریخته گری دقیق ابتدا بایستی مدل و سیستم راهگاهی و تغذیه گذاری طراحی و ساخته شود. البته در مواردی برای سرعت عمل و کاهش هزینه از یک قطعه می توان استفاده نمود به شرطی که دقت ابعادی دارای اهمت بسیار زیادی نباشد.
2)ساخت مدل:پس از طراحی مدل و سیستم راهگاهی ساخته می شود البته افزایش انقباض حالت جامد لحاظ می گردد.جنس مدل محدودیتی ندارد ولی بایستی نسبت به تغییرات ابعادی و اعوجاج مقاوم باشد.
3)ساخت قالب مدل مومی: برای ساخت قالب مدل مومی می توان از قالب های لاستیکی و فلزی استفاده نمود البته این قالب ها در موارد خاص مانند تک کاری و مدل های هنری و ... می تواند از چوب ،گچ، سیمان ،... ساخته شود. برای قالب های فلزی بایستی قالب به روش ماشین کاری و یا اسید کاری و یا ریخته گری ساخته شوند ولی برای قالب های لاستیکی مدل چرب شده با پارافین را روی یک سطح نصب نموده و رزین مایع لاستیک اپوکسی و یا سیلیکون را که با هاردنر کاملا آمیخته شده است روی آن ریخته می شود . در طلا سازی و مدل های کوچک مدل از ابتدای راهگاه روی سطح متصال پیدا می کند ولی در قطعات صنعتی نیاز به خوشه های مدل مومی باعث می شود مدل مومی قطعه و اجزا سیستم راهگاهی و تغذیه گزاری جدا از هم تولید گردند.پس از ریختن لاستیک روی مدل بهتر استاستوانه حاوی لاستیک و مدل را در یک محفظه خلاء قرار داده شود تا بین مدل و موم حفره ایجاد نگردد و گازهای داخل لاستیک به خوبی خارج گردد . بعد از گیرایش کامل لاستیک که بین هشت تا بیست و چهار ساعت می باشد نوبت خارج کردن مدل دائمی از داخل لاستیک است این کار توسط یک فرد ماهر توسط یک گیره رو میزی برای نگهداشتن لاستیک و یک ابزار برشی مانند تیغ جراحی صورت می گیرد. برش ها روی سطح جدایش قطعه تمرکز می یابد و به نحوی صورت می گیرد که مدل با هر پیچیدگی بتواند به راحتی از قالب خارج شود. در برخی قطعات به علت اهمیت و پیچیدگی قالب به چند تکه تقسیم می شود که بایستی برای جلوگیری از حرکت در حین تزریق موم ،از راهنما در بین سطوح برش خورده استفاده گردد.
4)ساخت مدل مومی: انواع مختلف موم های مشتقات نفتی ، حیوانی مانند موم زنبور ،گیاهی و معدنی مورد استفاده قرار می گیرند.انواع موم ها بر اساس تر کیب می توان:
الف)ozocrite که یک موم معدنی مشابه پارافین و با ساختار رزین بلورین و سختی و نقطه ذوب بالا است .
ب)مومهای پلی اتیلنی دارای نقطه ذوب بالای 132 درجه سانتیگراد می باشد.
ج)candelila موم گیاهی دارای سختی متوسط و چسبندگی ضعیف و انبساط حرارتی پایین است.
د)carnauba موم گیاهی با نقطه ذوب بالا 83 درجه سانتیگراد ، سخت و نچسب و گرانقیمت است.
ه)موم زنبور عسل با نقطه ذوب 64 درجه سانتی گراد و میکروکریستاله می تواند به تنهایی بکار برده شود ولی گران است.
و)از دیگر مواد ،اسید روغن خرما ،اسید استئاریک ،و اسید های چرب،اسید آمین ،روغن کرچک هیدروژنه استرون، سرزین ،که خواص موم ها را بهبود می دهند.
ر)پلاستیک های پلی اتیلن،اتیل سلولز ،نایلون،اتیل ونیل استات ،اتیلن وینیل اکریلیت برای افزایش استحکام و تافنس به موم ها افزوده می شوند.
ز)رزینهایی مانند برگاندی پیچ ،دمار و رزین های هیدرو کربنی،استریفاید،پلی مریزه،هیدروژنه و دهیدروژنه...
د)فیلر ها باعث کاهش انبساط و انقباض انجمادی موم ها می گردد و هزینه ها را کاهش می دهداین ترکیبات به صورت سوسپانسیون قابل تزریق به قالب می باشند . برخی ترکیبات فیلر ها عبارتند از پلی استایرن،دی کربوکسی آمید،اسید ایزو فتالیک ،پنتا اریتریتول ،هگزا متیلنپلی استیرول،بیسفنول،ایزوفتال زاور...
بطور کلی یک موم دارای ترکیبی مناسب به شرح زیر می باشد.
30 الی 70 درصد موم – 20 الی 60 درصد یک یا دو رزین - 0 الی20 درصد پلاستیک و تا5 درصد دیگر افزودنی های نامبرده شده.
موم های ریخته گری دقیق بایستی دارای ویژگی های زیر باشند:
الف)مقدار خاکستر باقی مانده نباید بیش از پنج صدم درصد وزنی باشد.
ب)سیالیت آن در هنگام مذاب ،بالا باشد و بتواند پیچیدگی های قالب را پرکند.
ج)استحکام موم منجمد شده در حد مورد نیاز باشد.
د)انقباض و انبساط آن کم باشد و باعث تغییر ابعاد و یا ترک خوردن پوسته نگردد.
ه)موم باید سطحش سازگار با مواد قالبگیری باشد و با مواد اچ کننده مدل واکنش مناسبی بدهد.
و)مومها باید غیرسمی باشند.
ز)قابلیت باز یابی مناسبی داشته باشد.
موم در قالب های فلزی پس از ذوب شدن در یک ظرف تزریق می شود ولی با توجه به زمان انجماد زیاد موم بعلت عایق بودن آن، نیاز به آبگرد و خنک کنندگی زیادی دارد.ولی در قالب های دیگر علاوه بر تزریق ،قابل ریخته گری نیز می باشد.
در بیشتر موارد برای کاهش هزینه تولید ریخته گری به شکل خوشه ای انجام می شود که برای این کار بایستی مدل ها را به یک راهگاه با راهباره های متعدد متصل نمود این روش با استفاده از هویه ،صفحه داغ فلزی و گاهی با سشوار صنعتی انجام می گیرد.
5)قالبگیری مدل مومی: برای قالبگیری مدل یا خوشه مدل همراه سیستم راهگاهی در دوغاب در حال همزدن وارد می شود و پس از تر کردن سطح موم (گاهی اوقات موم ابتدا یا موادی مانند اتیل سیلیکن آغشته می شود تا به راحتی توسط دوغاب دیر گداز تر شود) و رسیدن به ضخامت مناسب ذرات دیر گداز درشت تر موسوم به استاکو روی دوغاب تر شده مدل پاشیده می شود . وارد کردن در دوغاب تا چند بار تکرار می شود تا ضخامت بین پنج الی پانزده میلیمتر برسدو ماسه پاشی)از جنس همان دیر گداز مصرفی) برای افزایش خواص مکانیکی مقاومت در برابر شوک حرارتی و افزایش قابلیت عبور گاز انجام می شود ولی خواص مکانیکی قالب را کاهش می دهد. ویژگی های دوغاب به شرح زیر می باشد:
الف)دیرگداز بودن و مقاومت به درجه حرارت بالا مذاب
ب)پایداری ابعادی قالب در اثر گرمایشی ناشی از ذوب ریزی
ج)پایداری خواص فیزیکی و شیمیایی دوغاب و سازگاری آن با جنس مذاب
د)دانه بندی و شکل دانه ها باید به گونهای باشد که قابلیت عبور گاز به حدکافی باشد.
انواع چسب دوغاب:مهمترین چسبهای به کار رفته در این روش اتیل سیلیکات،سیلیس کلوئیدی و سیلیکات سدیم و سیلیکا ژل و گچ و منو فسفات منیزیم ،منو فسفات آمونیم با اکسید منیزیم ،فسفات آلومینیوم می باشد.علاوه بر این مواد که مولفه های اصلی تشکیل دوغاب که سرامیکی یعنی مواد دیرگداز، چسب و حلال مواد دیگری نیز به عنوان افزودنی ممکن است اضافه گردد که شامل مشخصات زیر است:
الف)مواد لازم برای کنترل ویسکوزیته
ب)مواد مرطوب کننده برای کامل مرطوب شدن سطح مدل توسط دوغاب مانند آلکیل آریل سولفونات،سدیم آلکیل سولفات،اکتیل فنوکسی پلی اتوکسی اتانول و جوهر صابون ...که به میزان 0.003 الی0.3درصد حجمی دوغاب می باشند.
ج)مواد جلوگیری کننده از کف کردن و ورود هوا به دوغاب که از موادی مانند 18 –اکتیل الکل و 2-هگزیل الکل به میزان 0.002 الی0.1 درصد وزنی مایع می باشند.
مواد نسوز مشترک دوغاب و ماسه پاشی عبارتند از: زیرکون(ZrSiO4 در دمای 1600 درجه سانتیگراد به SiO2 و ZrO2 تجزیه می شود و دارای انبساط می باشد) ، سیلیس گداخته ، سیلیکات آلومینیوم و آلومینا های مختلف مانند مولایت و شاموت و دیگر دیر گداز ها مانندکرومیت ،منیزیت و ...البته این مواد دارای خلوص و دیر گدازی بالایی می باشند زیرا ریز دانگی دیر گداز ها باعث کاهش خواص آن ها می گردد. در زیر مشخصات برخی دیر گداز های مصرفی در دوغاب های قالبگیری دقیق ارائه شده است.
6)تخلیه و موم زدایی:بعد از خشک شدن قالب و انجام واکنش چسب ها ، قالب را بشکل معکوس روی یک ظرف در کوره قرار داده و تادمای 80 درجه سانتیگراد حرارت داده می شود تا موم از قالب تخلیه شود دمای بالاتر باعث آسیب به موم و تخریب آن می شود که با توجه به قیمت بالای موم انجام نمی شود (نقطه ذوب موم ها بین 52 الی 68 درجه سانتیگراد می باشد)برای جلو گیری از انبساط موم و ایجاد ترک روی قالب روش های متعددی بکار می رود که در زیر بیان می گردد:
الف)استفاده از حرارت به همراه فشار خارجی:یکی از روشهای جلوگیری از ترک خوردن پوسته اعمال فشار خارجی توسط ساچمه یا ماسه گرم است. در این روش قیف سرامیکی را بر عکس قرار داده و اطراف آن را با ماسه یا ساچمه داغ پر میکنیم.در این روش دمای ساچمه حدودا 400 درجه سانتیگراد است.که گرمای لازم برای ذوب موم با دمای 80 درجه سانتیگراد را فراهم می کند.علاوه بر آن فشار وزن ساچمه ها به جلوگیری از ترک خوردن قالب کمک میکند.
ب)استفاده از حلال مومی:در این روش از بخار گرم حلال موم برای موم زدایی استفاده می شود.روش کار به این صورت است که بخار حلال موم از سطح خارجی پوسته و از طریق منافذ ریز موجود در آن فشار به داخل آن نفوذ می کنند و به محض تماس با موم شروع به حل کردن آن می نماید با این عمل مقداری فضای خالی ایجاد شده که می تواند انبساط موم را در اثر حرارتدهی بعدی آزادانه تحمل کند.بقیه عمل ذوب کامل موم به راحتی و بدون ترک خوردن قالب در کورهء معمولی صورت می گیرد.
ج)ذوب در کوره با دمای بالا:در این روش قالب را در داخل کورهای با دمای حدود 1000 درجه سانتیگراد قرار می دهیم.و به این وسیله شیب حرارتی زیادی ایجاد می شود به گونه ای که دمای پوسته به شدت بالا بوده در حالی که مرکز موم هنوز دارای دمای پایین است.لذا تنها پوستهء خارجی موم ذوب می شود.این مقدار موم ذوب شده فضای کافی برای انبساط موم جامد را فراهم کرده و دیگر نیازی به درجه حرارت بالا نیست و می توان ادامه ذوب را در کورهء معمولی انجام داد.
د) ذوب در اتوکلاو:اتوکلاو کورهای است که در آن بخار گرم به سطح خارجی قالب گرما داد و همزمان آن را تحت فشار قرار می دهد.فشار اعمالی از ترک برداشتن قالب در اثر انبساط موم جلوگیری کرده و حرارت بخار باعث ذوب کامل موم می شود.
7)پیش گرم کردن قالبها:قبل از این که مذاب ریزی انجام شود لازم است تا قالب پیش گرم شود.علت نیاز به پیش گرم به شرح زیر است:
الف)سوزاندن تمام بقایای موم که بعلت شیب منفی طراحی قطعه در قالب باقی می ماند .
ب)حذف موم نفوذ کرده در داخل درگداز قالب در حین تخلیه موم از قالب
ج )کمک به قابلیت پرکنندگی مقاطع نازک توسط مذاب
د)کاهش عیوب گرم قالب نظیر ترکهای گرم در مقابل شک حرارتی مذاب
ه)جلوگیری از ایجاد عیوب جوش سرد و پیر پوستی و ...
عموما درجه حرارت پیش گرم کردن قالبهای سرامیکی برای قطعات آهنی حدودا 1100 درجه سانتیگراد است که برای فلزات غیر آهنی با دمای ذوب پایین در حدود 900 درجه سانتیگراد مناسب می باشد.
8)موقعیت قالب:برای پایداری قالب ،پوسته پیش گرم شده رادر ماس قرار می دهند البته می توان برای کاهش شک حرارتی و ایجاد انجماد تعادلی قالب را کاملا در ماسه خشک و درشت دن نمود ولی بایستی این کار سریع و با دقت انجام شود تا ماسه داخل پوسته نرود و قالب سرد نشود.گاهی اوقات بعداز ریخته گری روی مذاب راهگاه را ماسه می ریزند تا انجماد جهت دار نشود ویا روی خوشه را با یک استوانه فلزی ایزوله می نمایند تا سرعت انجماد کاهش یابد.
9)ذوب ریزی:پس از آنکه قالبها کاملا مستحکم شد و درجه حرارت پیش گرم هم به حد لازم رسید نوبت به مرحله مذاب ریزی است. مرسوم ترین روش مذاب ریزی ریختن ثقلی مذاب توسط پاتیل است.در صورتی که قطعه ریخته گری خیلی نازک بوده یا بسیار پیچیده باشد نیروی ثقل برای پرکردن قالب کافی نیست و باید نیروی خارجی دیگری نیز اعمال شود.مرسوم ترین اعمال نیروی خارجی این روش ریخته گری نیروی گریز از مرکز است ولی استفاده از خلاء برای پر کردن قالب بهترین شرایط ریخته گری را حاصل می نماید.
10)تخلیه قالب و تمیزکاری: پس انجماد و سرد شدن قالب برای تخلیه آماده می گردد . این عملیات به روش های مختلف زیر انجام می شود:
الف)روش دستی با قلم و چکش که آسیب فراوانی به کیفیت سطحی و خواص مکانیکی قطعه وارد می کند.
ب)استفاده از لرزش و ویبره در دستگاه های صنعتی طراحی شده به این منظور
ج)وارد کردن قالب بعد از انجماد در آب و خرد شدن قالب در اثر شک حرارتی. این روش برای قطعات تزئینی مانند طلا و نقره ریزی که خواص مکانیکی اهمیت ندارد استفاده می گردد.
د)اعمال امواج صوتی .این روش استفاده های ویژه دارد و گسترده نمی باشد.
ه)استفاده از واتر جت .در این روش کار سریع ،با دقت و بدون خسارت می باشد ولی هزینه بالاتری دارد.
و)بکارگیری حلال های شیمیایی .این روش برای تخلیه ماهیچه های بسیار ریز مانند پره های توذبین بسیار موثر است و هیچ گونه آسیب به قطعه وارد نمی کند.
ز)استفاده از دستگاه های چرخشی:در این روش قالب ها در استوانه های دوار ریخته می شود و به صورت خشک و تر و گاها با قطعات ساینده و ضربه زننده می چرخد و قالب را در اثر برخورد و ضربه خرد می کند .این روش برای قطعات مقاوم به سایش و ضربه مانند فولاد های هتفیلد بکار می رود.
ح)شات بلاست و سند بلاست .ماسه و شن پاشی برای تمیز کاری قالب مورد استفاده قرار می گیرد
منابع:کتاب و متون مختلف ریخته گری
ASM Metals HandBook Volume 15 - Casting
 
 
لینک دانلودکل مطلب و تصاویر 9 صفحه
http://metallurgydata.blogfa.com