فرآیند ریخته گری فلز

ریخته گری یکی از اولین روش های شکل دهی فلز است که برای بشر شناخته شده است. این به طور کلی به معنای ریختن فلز مذاب در یک قالب نسوز با حفره ای به شکلی است که باید ساخته شود و اجازه می دهد تا جامد شود. چه زمانیجامد شده، جسم فلزی مورد نظر یا با شکستن قالب یا با جدا کردن قالب از قالب نسوز خارج می شود. جسم جامد شده را ریخته گری می گویند. این فرآیند را پایه گذاری نیز می نامند و کارخانه مدرنی که بر ریخته گری قطعات فلزی تمرکز داردریخته گری.

1. تاریخچه فرآیند ریخته گری
فرآیند ریخته گری احتمالاً در حدود 3500 سال قبل از میلاد در بین النهرین کشف شد. در بسیاری از نقاط جهان در آن دوره، تبرهای مسی و سایر اشیاء مسطح را در قالب‌های باز ساخته شده از سنگ یا پخته می‌کردند.خاک رس این قالب ها در اصل یک تکه بودند. اما در دوره های بعدی که نیاز به ساخت اجسام گرد بود، این قالب ها به دو یا چند قسمت تقسیم می شدند تا خارج شدن اجسام گرد را تسهیل کنند.عصر برنز (حدود 2000 سال قبل از میلاد) ظرافت بیشتری را در فرآیند ریخته گری به ارمغان آورد. شاید برای اولین بار، هسته ای برای ساختن جیب های توخالی در اشیا اختراع شد. این هسته ها از خاک رس پخته ساخته شده بودند.همچنین، فرآیند سیر پردو یا موم گمشده به طور گسترده برای ساخت زیور آلات و کارهای ظریف مورد استفاده قرار گرفت.

فن آوری ریخته گری توسط چینی ها از حدود 1500 سال قبل از میلاد تا حد زیادی بهبود یافته است. قبل از آن، هیچ مدرکی دال بر فعالیت ریخته گری در چین وجود ندارد. به نظر نمی رسد عالی بوده اندبا فرآیند cire perdue آشنا بوده و از آن به طور گسترده استفاده نمی کند، اما در عوض در قالب های چند تکه برای انجام کارهای بسیار پیچیده تخصص دارد. آنها زمان زیادی را صرف تکمیل قالب تا آخرین جزئیات کردند به طوری که به سختیهر کار تکمیلی روی ریخته گری ساخته شده از قالب ها مورد نیاز بود. آنها احتمالاً قالب‌های تکه‌ای می‌ساختند که شامل قطعات به‌دقت تعبیه شده بود که تعداد آنها سی یا بیشتر بود. در واقع، بسیاری از این قالب ها کشف شده استکاوش های باستان شناسی در مناطق مختلف چین.

تمدن دره سند همچنین به دلیل استفاده گسترده از ریخته گری مس و برنز برای زیور آلات، سلاح ها، ابزار و ظروف شناخته شده است. اما پیشرفت زیادی در این فناوری وجود نداشت. از متغیربه نظر می‌رسد که اشیاء و مجسمه‌هایی که از محوطه‌های دره سند کاوش شده‌اند، با تمام روش‌های ریخته‌گری شناخته شده مانند قالب باز، قالب قطعه‌ای و فرآیند سیر پردو آشنا بوده‌اند.

گرچه هند را می‌توان با اختراع فولاد بوته‌ای نسبت داد، اما در هندوستان از پایه‌های آهنی چندانی مشهود نبود. شواهدی وجود دارد مبنی بر اینکه تأسیس آهن در حدود 1000 سال قبل از میلاد در سوریه و ایران آغاز شده است. ظاهر می شودکهریخته گری آهنفناوری در هند از زمان حمله اسکندر مقدونی در حدود 300 سال قبل از میلاد مورد استفاده بوده است.

ستون آهنی معروفی که در حال حاضر در نزدیکی منار قطب در دهلی قرار دارد، نمونه ای از مهارت های متالورژی هندیان باستان است. طول آن 7.2 متر است و از آهن چکش خوار خالص ساخته شده است. فرض بر این است که ازدوره چاندراگوپتا دوم (375-413 پس از میلاد) از سلسله گوپتا. سرعت زنگ زدگی این ستون که بیرون در هوای آزاد قرار دارد عملاً صفر است و حتی قسمت مدفون نیز با سرعت بسیار پایینی زنگ می زند. اینباید ابتدا ریخته گری شده و سپس به شکل نهایی چکش خورده باشد.

2. مزایا و محدودیت ها
فرآیند ریخته گری به دلیل مزایای بسیاری که دارد به طور گسترده در تولید استفاده می شود. مواد مذاب به هر بخش کوچکی در حفره قالب و به همین ترتیب، هر شکل پیچیده داخلی جریان می یابد.یا خارجی – می توان با فرآیند ریخته گری ساخته شود. ریخته گری عملاً هر ماده ای چه آهنی و چه غیر آهنی امکان پذیر است. علاوه بر این، ابزار لازم برای قالب های ریخته گری بسیار ساده وارزان قیمت در نتیجه، برای تولید آزمایشی یا تولید یک لات کوچک، یک روش ایده آل است. در فرآیند ریخته‌گری می‌توان مقدار ماده را در جایی که دقیقاً مورد نیاز است قرار داد. در نتیجهکاهش وزن در طراحی را می توان به دست آورد.ریخته گریبه طور کلی از هر طرف به طور یکنواخت خنک می شوند و بنابراین انتظار می رود که هیچ خاصیت جهت دار نداشته باشند. فلزات و آلیاژهای خاصی وجود داردکه به دلیل ملاحظات متالورژیکی فقط با ریخته گری قابل پردازش است نه با هیچ فرآیند دیگری مانند آهنگری. ریخته گری با هر اندازه و وزنی حتی تا 200 تن قابل ساخت است.

با این حال، دقت ابعاد و پایان سطح به دست آمده توسط نرمالفرآیند ریخته گری شن و ماسهدر بسیاری از موارد برای کاربرد نهایی کافی نخواهد بود. برای در نظر گرفتن این موارد، چند ریخته گری ویژهفرآیندهایی مانند ریخته‌گری مستقیم ایجاد شده‌اند که جزئیات آن در فصل‌های بعدی آورده شده است. همچنین فرآیند ریخته گری شن و ماسه تا حدودی کار فشرده است و بنابراین پیشرفت های زیادی در آن صورت گرفته است.مانند قالب گیری ماشینی و مکانیزاسیون ریخته گری. با برخی از مواد، رفع عیوب ناشی از رطوبت موجود در آن اغلب دشوار استریخته گری شن و ماسه.

3. شرایط ریخته گری
در فصل های بعدی جزئیات ریخته گری شن و ماسه، که بیانگر فرآیند اولیه ریخته گری است، مشاهده می شود. قبل از ورود به جزئیات فرآیند، تعریف تعدادی از واژگان ریخته گری می تواند باشدمناسب

فلاسک- فلاسک قالب گیری فلاسکی است که قالب ماسه را دست نخورده نگه می دارد. بسته به موقعیت فلاسک در ساختار قالب، با نام های مختلفی مانند کشیدن، کوپ و گونه به آن اشاره می شود. از چوب تشکیل شده استبرای کاربردهای موقت یا به طور کلی از فلز برای استفاده طولانی مدت.
بکشید– فلاسک قالب گیری پایینی
مقابله کنید– فلاسک قالب گیری بالایی
گونه– فلاسک قالب گیری میانی مورد استفاده در قالب گیری سه تکه.
الگو– الگو یک کپی از شی نهایی است که با برخی تغییرات ساخته می شود. حفره قالب با کمک الگو ساخته می شود.
خط جدایی- این خط تقسیم بین دو فلاسک قالب گیری است که قالب ماسه را تشکیل می دهد. در الگوی شکاف نیز خط تقسیم بین دو نیمه الگو است
تخته پایین- این تخته ای است که معمولاً از چوب ساخته شده است که در ابتدای ساخت قالب استفاده می شود. الگو ابتدا روی تخته پایین نگه داشته می شود، روی آن ماسه پاشیده می شود و سپس رمینگ در درگ انجام می شود.
رو به روی شن- مقدار کمی از مواد کربنی که روی سطح داخلی حفره قالب‌گیری پاشیده می‌شود تا سطح بهتری به ریخته‌گری ها بدهد.
شن و ماسه قالب گیری- این ماده نسوز تازه تهیه شده برای ساختن حفره قالب است. مخلوطی از خاک رس سیلیس و رطوبت به نسبت های مناسب برای به دست آوردن نتایج مطلوب است و اطراف آن را احاطه می کند.الگو در حین ساخت قالب
ماسه پشتی- این همان چیزی است که بیشتر مواد نسوز موجود در قالب را تشکیل می دهد. این از ماسه استفاده شده و سوخته تشکیل شده است.
هسته- برای ایجاد حفره های توخالی در ریخته گری استفاده می شود.
حوضچه ریختن– یک حفره کوچک قیفی شکل در بالای قالب که فلز مذاب در آن ریخته می شود.
اسپور– گذرگاهی که فلز مذاب از حوضچه ریختن به حفره قالب می رسد. در بسیاری از موارد جریان فلز را به داخل قالب کنترل می کند.
دونده- گذرگاه هایی در صفحه جداسازی که از طریق آنها جریان فلز مذاب قبل از رسیدن به حفره قالب تنظیم می شود.
دروازه- نقطه ورود واقعی که فلز مذاب از طریق آن وارد حفره قالب می شود.
کلبه- گلدسته ها برای حمایت از هسته های داخل حفره قالب برای مراقبت از وزن خود و غلبه بر نیروهای متالوستاتیک استفاده می شوند.
خنک- چیل ها اجسام فلزی هستند که برای افزایش سرعت سرد شدن قطعات ریخته گری در قالب قرار می گیرند تا سرعت خنک کنندگی یکنواخت یا دلخواه را فراهم کنند.
رایزر- مخزنی از فلز مذاب است که در قالب ریخته گری ارائه می شود تا در صورت کاهش حجم فلز به دلیل انجماد، فلز داغ بتواند به داخل حفره قالب برگردد.

4. روش ساخت قالب شن و ماسه
روش ساخت یک قالب شن و ماسه معمولی در مراحل زیر شرح داده شده است:

ابتدا یک تخته پایین یا روی سکوی قالب گیری یا روی زمین قرار می گیرد و سطح را یکدست می کند. فلاسک قالب گیری درگ به همراه قسمت درگ بر روی تخته پایینی به صورت وارونه نگه داشته می شودالگوی مرکز فلاسک روی تخته. باید فاصله کافی بین الگو و دیواره فلاسک وجود داشته باشد که باید در حد 50 تا 100 میلی متر باشد. شن و ماسه خشک روی آن پاشیده می شودتخته و الگو برای ایجاد یک لایه غیر چسبنده. ماسه قالب گیری تازه تهیه شده با کیفیت لازم اکنون به ضخامت 30 تا 50 میلی متر در درگ و روی الگو ریخته می شود. بقیه فلاسک درگ استبه طور کامل با ماسه پشتیبان پر شده و به طور یکنواخت برای فشرده سازی شن و ماسه فشرده شده است. کوبیدن ماسه باید به درستی انجام شود تا به سختی فشرده نشود که خروج گازها را دشوار می کند.نه خیلی شل، به طوری که قالب از استحکام کافی برخوردار نباشد. پس از پایان رمینگ، ماسه اضافی در فلاسک با استفاده از یک میله صاف تا سطح لبه های فلاسک کاملا خراش داده می شود.

اکنون با یک سیم دریچه که سیمی به قطر 1 تا 2 میلی متر با انتهای نوک تیز است، سوراخ های هواکش در عمق کامل فلاسک و همچنین روی الگو ایجاد می شود تا حذف گازها تسهیل شود. در طول ریخته گریانجماد این کار آماده سازی درگ را کامل می کند.

فلاسک درگ تمام‌شده اکنون به تخته پایینی می‌چرخد و الگو را همانطور که در عکس نشان داده شده است نشان می‌دهد. با استفاده از یک لکه، لبه های ماسه اطراف الگو ترمیم می شود و نیمی از الگو روی آن قرار می گیرد.الگوی کشیدن، آن را با کمک پین های رولپلاک تراز کنید. فلاسک کوپ در بالای درگ به کمک پین ها دوباره در یک راستا قرار دارد. شن و ماسه جداکننده خشک در سراسر کشش و روی الگو پاشیده می شود.

یک پین اسپرو برای ساخت گذرگاه اسپرو در فاصله کمی حدود 50 میلی متر از الگو قرار دارد. همچنین در صورت نیاز، سنجاق بریزر در محل مناسب و ماسه قالب گیری تازه تهیه شده مشابه آن نگهداری می شودکشش همراه با ماسه پشتی پاشیده می شود. شن و ماسه کاملاً کوبیده می شود، ماسه اضافی خراشیده می شود و سوراخ های هواگیری در سرتاسر کوپ مانند درگ ایجاد می شود.

پین اسپرو و ​​پین رایزر e با دقت از فلاسک خارج می شوند. بعداً، حوضچه ریختن در نزدیکی بالای اسپرو بریده می شود. کوپ از درگ و هر شن و ماسه شل روی رابط کوپ و درگ جدا می شودکشش با کمک دم از بین می رود. اکنون، با استفاده از میخ های کشش و کوبیدن الگو به دور تا حدودی حفره قالب بزرگتر شود، نیمه های کوپ و الگوی درگ خارج می شوند.دیوارهای قالب با الگوی بیرون کشی خراب نمی شوند. رانرها و گیت ها در قالب با احتیاط بریده می شوند بدون اینکه قالب خراب شود. هر گونه ماسه اضافی یا شل موجود در رانر و حفره قالب دمیده می شوددور با استفاده از دم. در حال حاضر، ماسه روبرو به شکل خمیر در سراسر حفره قالب و رانر اعمال می شود که به ریخته گری تمام شده سطح خوبی را می بخشد.

یک هسته شنی خشک با استفاده از جعبه هسته تهیه می شود. پس از پخت مناسب مانند عکس در حفره قالب قرار می گیرد. کوپ بر روی درگ جایگزین می شود و مراقبت از تراز این دو با استفاده ازپین ها برای مراقبت از نیروی متالواستاتیک رو به بالا در حین ریختن فلز مذاب، وزن مناسبی روی کوپ نگه داشته می شود. قالب هم اکنون همانطور که در عکس نشان داده شده برای ریختن آماده است.