ریخته گرییک فرآیند فلزکاری شامل فلز مایع و یک قالب، هزاران سال است که وجود داشته است.
ریخته گری فلز در طول تاریخ خود برای ساختن همه چیز از شمشیر گرفته تا توربین های بادی مورد استفاده قرار گرفته است و امروزه یکی از با ارزش ترین و همه کاره ترین روش ها برای ساخت قطعات فلزی با کیفیت بالا می باشد.
این راهنما به اصول ریخته‌گری فلز، از جمله انواع مختلف آن - ریخته‌گری با قالب، ریخته‌گری سرمایه‌گذاری، و غیره - و رایج‌ترین فلزات ریخته‌گری می‌پردازد.
ریخته گری فلز چیست؟
ریخته گری یک نوع است فرآیند ریخته گری که شامل ریختن فلز مایع مذاب در قالب است.
داخل قالب با تصور منفی از قطعه ساخته شده طراحی شده است، بنابراین وقتی فلز مذاب در داخل قالب سرد و جامد می شود، شکل قسمت نهایی را به خود می گیرد. سپس می توان قسمت تمام شده را از قالب خارج کرد.
بسته به قطعات ساخته شده و فلزات مورد استفاده، انواع مختلفی از ریخته گری فلز وجود دارد که هر کدام مزایای خاص خود را دارند. الگوها، قالب‌ها و تکنیک‌های پر کردن می‌توانند بین این گونه‌ها بسیار متفاوت باشند.
اگرچه ریخته‌گری فلز یک فرآیند همه‌کاره است، قطعات ریخته‌گری شده در معرض محدودیت‌های طراحی خاصی هستند و مهندسان باید انقباض فلز را در مرحله خنک‌سازی در نظر بگیرند.
آشنایی با ریخته گری فلزات
مرکزی ریخته گری فرآیند شامل گرم کردن فلز، ریختن آن در قالب، صبر کردن برای خنک شدن و جامد شدن آن، سپس خارج کردن قطعه تمام شده از قالب است. در واقعیت، مراحل بسیار بیشتری برای فرآیند وجود دارد و فرآیندهای ریخته‌گری فلزات مختلف به روش‌های متفاوتی کار می‌کنند.
در زیر یک نمای کلی ساده از فرآیند ریخته گری فلز ارائه شده است. توجه داشته باشید که برخی از مراحل برای انواع مختلف ریخته گری متفاوت است، در حالی که برخی به طور کلی حذف شده اند.
1. ساختن الگو: با شروع از ابتدا، بسیاری از فرآیندهای ریخته گری فلز نیاز به ساخت یک الگو دارند، یک کپی از قسمت نهایی که برای ساخت قالب استفاده می شود. الگوها می توانند دائمی یا قابل مصرف باشند و می توانند از موادی مانند موم، چوب و پلاستیک ساخته شوند.
2. ساخت هسته: برای ریخته گری قطعات توخالی، ممکن است نیاز به طراحی یک هسته باشد، یک قطعه جامد از مواد که در داخل حفره قالب قرار می گیرد که هندسه داخلی یک قطعه ریخته گری را شکل می دهد. (به عنوان مثال، یک هسته استوانه ای در یک قالب استوانه ای بزرگتر، یک قطعه ریخته گری لوله ای شکل ایجاد می کند.)
3. ساخت قالب: قالب ها بسته به فرآیند به روش های مختلفی ساخته می شوند. به عنوان مثال، قالب‌های فلزی دائمی را می‌توان با استفاده از دستگاه CNC ساخت، در حالی که قالب‌های شنی با استفاده از مخلوط ماسه در قسمت بیرونی یک الگو ساخته می‌شوند. کار ساخت قالب به قالب سازی معروف است و یک رشته تخصصی است.
4. پر کردن قالب: فلز را تا زمانی که ذوب شود گرم می کنند، سپس ریخته یا به زور داخل قالب می ریزند. برای مثال، در ریخته‌گری گرانشی، مواد مذاب به سمت پایین در حفره ریخته می‌شوند. در ریخته گری فشار بالا، با فشار بالا به داخل حفره فشار داده می شود و برای ایمن نگه داشتن قالب مورد نیاز است.
5. برداشتن قطعه: پس از سرد شدن و جامد شدن قسمت ریختگی، از قالب خارج می شود. برای فرآیندهایی مانند ریخته گری شن و ماسه، به این معنی است که قالب باید از بین برود تا به قسمت داخل آن برسد. برای قالب های دائمی، دو نیمه قالب فلزی از هم جدا شده و آماده استفاده مجدد است.
6. پس از پردازش: قطعات فلزی ریخته گری ممکن است نیاز به تمیز کردن داشته باشند - برای مثال برای حذف بقایای قالب - یا سایر مراحل پس از پردازش قبل از آماده شدن برای استفاده.
مزایای ریخته گری فلز
دلایل متعددی برای انتخاب ریخته گری فلز نسبت به سایر گزینه های فلزکاری مانند آهنگری یا ماشینکاری CNC وجود دارد. برخی از مزایای کلیدی ریخته گری فلز عبارتند از:
- مناسب برای تولید انبوه
- می تواند قطعات بزرگ و سنگین تولید کند
- می تواند قطعات بسیار ضخیم را تولید کند
- مناسب برای قطعات بزرگ یک تکه (به جای اجزای مونتاژ شده)
- کیفیت باربری عالی
- ایده آل برای برخی از آلیاژهای سبک
- تطبیق پذیری مواد
محدودیت‌های ریخته‌گری فلزات شامل عیوب اجتناب‌ناپذیر، دقت ابعادی محدود (در مقایسه با ماشینکاری CNC)، شدت کار، و معمولاً مقادیر بالای حداقل سفارش است.
انواع اصلی ریخته گری فلز
ریخته گری
یکی از مهمترین انواع ریخته گری فلزات برای قطعات پیچیده و جزئی، ریخته گری از دو قالب فولادی قابل استفاده مجدد به عنوان ابزار استفاده می کند. این فرآیند شبیه به قالب‌گیری تزریقی پلاستیک است: مواد مذاب با فشار بالا به داخل حفره وارد می‌شوند که به مهندسان اجازه می‌دهد قطعاتی با جزئیات دقیق بسازند.
هزینه ایجاد قالب های سفارشی بالا است که این فرآیند را در تولید انبوه رایج تر می کند. با این حال، پس از تولید، این قالب ها می توانند بارها مورد استفاده قرار گیرند. قالب‌های ریخته‌گری سطحی بسیار عالی دارند.
ریخته گری آلومینیومی و ریخته گری منیزیمی هر دو به طور گسترده برای قطعات با کیفیت بالا استفاده می شوند.
ریخته گری گرانشی
مانند ریخته گری تحت فشار، ریخته گری گرانشی روشی برای ریخته گری فلز با استفاده از یک قالب فلزی قابل استفاده مجدد است. با این حال، ریخته گری گرانشی به جای فشار، به نیروهای گرانشی برای حرکت فلز مایع در قالب، از بالا به پایین، متکی است. قالب ها باید قبل از اولین ریخته گری از قبل گرم شوند و به دلیل خستگی حرارتی کم، اغلب از چدن ساخته می شوند.
ریخته‌گری گرانشی قبل از سایر تکنیک‌های ریخته‌گری فلز است، با قطعات ریخته‌گری گرانشی برای هزاران سال. این یک شکل ریخته گری دائمی قالب است. جایگزین های فرآیند ریخته گری گرانشی شامل فشار گاز و خلاء است.
ریخته گری سرمایه گذاری (ریخته گری موم گمشده)
ریخته‌گری سرمایه‌گذاری یا ریخته‌گری موم گمشده، روشی برای ریخته‌گری فلز با استفاده از الگو و قالب قابل مصرف است: هر دو مورد در طول فرآیند ریخته‌گری از بین می‌روند (اگرچه موم ذوب شده اغلب می‌تواند دوباره استفاده شود).
مانند ریخته گری گرانشی، ریخته گری سرمایه گذاری هزاران سال قدمت دارد. در طی فرآیند ریخته‌گری موم گمشده، قبل از ریختن مواد نسوز در اطراف الگو برای ساختن قالب، الگویی از موم یا ماده‌ای معادل - گاهی با دست، گاهی با استفاده از چاپگر سه بعدی رزین - ساخته می‌شود.
سرمایه گذاری لایه سرامیکی است که در اطراف الگو اعمال می شود و سپس به عنوان قالب برای فلز مذاب عمل می کند. این لایه سرامیکی طی فرآیندی به نام جداسازی حذف می شود.
ریخته گری شن و ماسه
ریخته گری شن و ماسه یک روش ساده و چند صد ساله برای ریخته گری فلز است و مقرون به صرفه تر از روش های جایگزین است. از ماسه (مخلوط با مواد پیوند دهنده مانند خاک رس) به عنوان ماده قالب استفاده می کند و قالب ها قادر به تحمل حرارت بالا هستند.
در فرآیند ریخته گری شن و ماسه، یک الگو در ماسه ای که در جعبه مخصوصی به نام فلاسک قرار دارد، غوطه ور می شود. با فشرده کردن ماسه در اطراف الگو می توان قالبی ساخت که فلز مذاب در آن ریخته شود.
شن و ماسه مورد استفاده در فرآیند ریخته‌گری فلز می‌تواند ماسه سبز (خاک رس مرطوب) یا ماسه هوا (ماسه خشک با چسب) باشد.
سایر فرآیندهای ریخته گری
ده‌ها فرآیند ریخته‌گری فلزی دیگر در تولید مورد استفاده قرار می‌گیرد، از جمله قالب‌گیری لومی و قالب‌گیری پوسته - هر دو فرآیند قالب مصرفی - و فرآیندهای قالب دائمی مانند ریخته‌گری گریز از مرکز و ریخته‌گری مداوم.
فشار ریخته گری: زیاد یا کم؟
ریخته گری فلز یک فرآیند فلزکاری ارزشمند است و می توان آن را به دو دسته دیگر تقسیم کرد: ریخته گری فشار بالا و ریخته گری فشار پایین. انتخاب فشار مناسب به عواملی مانند مواد، ضخامت دیوار و اندازه قطعه بستگی دارد.
ریخته گری فشار بالا روشی رایج تر از ریخته گری فشار پایین است و بیش از دو برابر بیشتر استفاده می شود.
ایده آل برای آلیاژهای نرم مانند آلومینیوم و روی، ریخته گری فشار بالا شامل فشار دادن فلز مایع به داخل قالب با فشار بالا و سرعت بالا است که برای بسته نگه داشتن قالب نیاز به پرس قوی دارد. بنابراین این فرآیند نسبت به ریخته گری فشار پایین گران تر است.
مزایای ریخته گری فشار بالا:
- تولید سریع
- دیوارهای نازک امکان پذیر است
- پرداخت سطح صاف
- انقباض حداقل
ریخته گری فشار پایین شکل آهسته تری از قالب گیری است که فلز مذاب را به آرامی وارد قالب می کند. برای آلیاژهایی با نقطه ذوب پایین مناسب است. اگرچه کندتر از ریخته گری فشار بالا است، اما فرآیند ریخته گری فلز در فشار پایین برای هندسه های پیچیده مناسب است و می تواند قطعات بسیار قوی تولید کند.
مزایای ریخته گری کم فشار:
- قطعات قوی
- هندسه های پیچیده
فلزات ریخته گری
انواع فلزات برای فرآیند ریخته گری مناسب هستند. با این حال، سه ماده ریخته گری متداول پذیرفته شده توسط Kbear Metal عبارتند از آلومینیوم، روی و منیزیم.
ریخته گری آلومینیوم
ریخته گری آلومینیوم رایج ترین وسیله برای تشکیل آلومینیوم است. برای تولید اقلامی مانند قطعات صنعتی و خودرویی مانند گیربکس و موتورها از آلیاژهایی مانند A380 و A383 استفاده می شود.
چند روش برای انجام ریخته گری آلومینیوم وجود دارد. ریخته گری آلومینیوم به دلیل سرعت و سطح عالی برای تولید با حجم بالا عالی است. ریخته گری قالب دائمی برای قطعات آلومینیومی با استحکام فوق العاده مناسب است. و ریخته گری شن و ماسه برای ریخته گری آلومینیوم در مقادیر کم و هندسه های پیچیده مناسب است.
صرف نظر از فرآیند ریخته گری، ریخته گری آلومینیوم قطعات محکم و سبک وزن را می سازد و بنابراین بسیار متنوع است.
ریخته گری روی
آلیاژهای روی فلزات محبوب، مقرون به صرفه و در دسترس هستند که برای ریخته‌گری مناسب هستند. ریخته‌گری روی معمولاً شامل ریخته‌گری با فشار بالا است که امکان تولید بالا و حداقل نیازهای پس از پردازش را فراهم می‌کند.
به دلیل سیالیت بالای ریخته‌گری روی، ریخته‌گری روی می‌تواند منجر به قطعاتی با دیواره‌های بسیار نازک و جزئیات ظریف شود. روی همچنین می تواند برای اتصال بهتر به صورت سرد شکل بگیرد.
تولیدکنندگان می توانند بین آلیاژهای روی ZAMAK یا آلیاژهای روی-آلومینیوم (ZA) یکی را انتخاب کنند. قطعات روی ریخته گری شامل قطعات خودرو، قطعات تهویه مطبوع و قطعات الکترونیکی است.
ریخته گری منیزیم
ریخته‌گری - به‌ویژه ریخته‌گری با فشار بالا - متداول‌ترین فرآیند فلزکاری برای ساخت قطعات منیزیمی است که حدود 98 درصد از تولید قطعات منیزیم را تشکیل می‌دهد.
از آنجایی که منیزیم سبک ترین فلزات ساختاری است، برای کاربردهای سبک وزن ایده آل است. از دیگر مزایای ریخته گری منیزیم می توان به دیواره های بسیار نازک، جزئیات عالی و نسبت سختی به وزن خوب اشاره کرد.
در مقادیر کم، قطعات منیزیمی را نیز می توان با استفاده از گچ ریخته گری ساخت، اگرچه ریخته گری منیزیم برای کاربردهای حرفه ای بهترین است.
نتیجه گیری
در خاتمه، ریخته گری یک فرآیند تولید قدیمی است که در طول قرن ها به طور قابل توجهی تکامل یافته است و امکان تولید طیف گسترده ای از محصولات، از اجزای پیچیده ماشین آلات تا سازه های صنعتی در مقیاس بزرگ را فراهم کرده است. تطبیق پذیری و کارایی آن، آن را به انتخابی ارجح در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، هوافضا و کالاهای مصرفی تبدیل کرده است.
تکنیک‌های مختلف ریخته‌گری - از ریخته‌گری با قالب گرفته تا ریخته‌گری شن و ماسه - مزایای متمایز متناسب با کاربردهای مختلف را ارائه می‌دهند که به مهندسان امکان می‌دهد به طرح‌ها، تحمل‌ها و خواص مواد خاص دست یابند. علی‌رغم برخی محدودیت‌های ذاتی، مانند عیوب بالقوه و نیاز به نیروی کار بالا، مزایای ریخته‌گری فلز، از جمله مقرون‌به‌صرفه بودن برای تولید انبوه و تطبیق‌پذیری مواد، همچنان نقش اساسی آن را در تولید مدرن مستحکم می‌کند.
از آنجایی که تولیدکنندگان با تقاضای فزاینده ای برای هندسه های پیچیده و اجزای سبک وزن مواجه هستند، نوآوری در فرآیندهای ریخته گری فلز احتمالاً راه را برای بهبود مستمر در دقت و کارایی هموار می کند. با درک اصول و پیچیدگی های ریخته گری فلز، متخصصان صنعت می توانند بهتر از این تکنیک ساخت با ارزش برای ایجاد قطعات فلزی با کیفیت بالا که استانداردهای عملکرد دقیق امروزی را برآورده می کنند، استفاده کنند.
