ریخته گری دقیق (Investment Casting)

مقدمه در ابتدای ساخت ابزار مهندسی مختلف به روش ریخته گری، همواره چالش تولید قطعاتی با دقت ابعادی بالا وجود داشت تا این که روش های ریخته گری دقیق پا به عرصه صنعت گذاشتند. عمر این روش به قدری طولانی است که می توانیم به آن به عنوان یکی از معتبرترین روش های ساخت و شکل دهی نگاه کنیم. با مطالعه این مقاله، شما با اصول این روش آشنا خواهید شد و متوجه می شوید که چه زمانی ریخته گری دقیق، گزینه ای مناسب برای شما خواهد بود...

ریخته گری دقیق چیست؟

‌ریخته گری دقیق عبارت است از ساخت قالب نسوز با پوشاندن مدل های از بین رونده و انتقال فلز مذاب به این قالب برای انجماد و شکل گیری قطعه نهایی. مزیت اصلی این فرآیند این است که با استفاده از آن می ‌توان فلزاتی را با دمای ذوب بالا که قابلیت قالب گیری در گچ یا فلز ندارند، ریخته گری کرد.

ریخته گری دقیق، روشی مناسب برای تولید قطعات فلزی و با هندسه پیچیده است.

قالب های این نوع ریخته گری با استفاده از یک مدل مومی متناظر با ابعاد قطعه مورد نظر تولید می شوند. مدل های به کار رفته نیز معمولا از جنس موم یا پلاستیک هستند و با سوزاندن یا ذوب، از محفظه قالب خارج می شوند.

فرایند ریخته گری دقیق با استفاده از موم فدا شونده، روشی بسیار دقیق برای تولید قطعات فلزی با هندسه پیچیده از هر نوع آلیاژی است. امروزه بسیاری از آلیاژهای فلزی مانند فولاد ساده کربنی، فولاد آلیاژی، فولاد زنگ نزن، آلومینیوم، آلیاژهای برنزی، چدن خاکستری و چدن داکتیل با این روش ریخته گری می شوند.

9 مرحله برای ساخت قطعه به روش ریخته گری دقیق

مرحله اول: ساخت الگوی اصلی

در ابتدا طراح قالب، یک الگوی اصلی از جنس موم، خاک رس، چوب و یا پلاستیک می ‌سازد. در سال های اخیر استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدی، ساخت الگوی اصلی ریخته گری دقیق را بسیار آسان تر کرده است.

مرحله دوم: ساخت قالب ریخته گری دقیق

در این مرحله قالبی متناسب با الگوی اصلی تولید می گردد. موم فدا شونده، در این قالب ها ریخته گری می شود. برای ساخت این قالب ها روش های متفاوتی وجود دارد. مثلا می ‌توان به طور مستقیم از الگوی اصلی با اجرای فرآیند ریخته‌ گری قالب اصلی را ساخت. البته در این حالت باید الگوی اصلی فلزی باشد و نقطه ذوب قالب اصلی کمتر از الگوی اصلی باشد.

مرحله سوم: ساخت مدل هایی از موم

در این مرحله الگوهای مومی ساخته می شوند. البته غیر از موم می ‌توان از جیوه منجمد یا پلاستیک نیز استفاده کرد. این الگوها معمولا به دو روش تهیه می شوند:

  • در روش اول موم به درون قالب ریخته می ‌شود. قالب به شکل ممتد گردانده می ‌شود تا یک لایه موم، سطح داخلی قالب را به طور کامل بپوشاند. این روند تا رسیدن به ضخامت مورد نظر ادامه پیدا می ‌کند.
  • در روش دوم قالب را از موم مذاب پر می‌ کنند تا منجمد شود و شکل بگیرد.

ساخت مدل های مومی

مرحله چهارم: ساخت درختچه مونتاژ

پس از تولید تعداد الگوهای مومی، آن ‌ها را به صورت یک الگوی بزرگ تر مونتاژ می‌ کنند. این الگوی درختچه مانند به ما کمک می کند تا قطعات در یک مرتبه بارریزی تولید شوند. به این صورت که همه الگوها به یک راهگاه مومی وصل می ‌شوند تا یک الگوی بزرگ ساخته شود.

ساخت الگوی ریخته گری دقیق

مرحله پنجم: ساخت قالب سرامیکی

برای ساخت قالب‌ های سرامیکی نهایی، درختچه الگوهای مونتاژ شده را به داخل دوغاب ‌هایی از مواد نسوز فرو برده و خارج می ‌کنند. پس از خشک شدن این دوغاب، مجددا این عمل را تکرار می کنند تا مدل به ضخامت هایی برسد. پوسته باید به اندازه ای ضخیم باشد که توانایی تحمل ذوب ریزی را داشته باشد. قالب برای خشک شدن به مدت 16 الی 48 ساعت در محفظه ‌هایی گذاشته می شود.

ساخت قالب سرامیکی از مدل فومی

مرحله ششم: موم‌ زدایی

پس از تهیه پوشش های سرامیکی با کیفیت مطلوب، درختچه به شکل وارونه در کوره‌ هایی قرار می ‌گیرد تا موم موجود در آن ذوب شده و خارج گردد. می دانیم ضریب انبساط حرارتی موم بیشتر از قالب سرامیکی است. به همین دلیل افزایش دما باید به سرعت اتفاق بیفتد تا انبساط قالب مومی باعث شکستن قالب سرامیکی نشود. از موم فدا شده پس از بازیافت می توان به منظور ساخت قالب‌ های مومی استفاده کرد.

مرحله هفتم: حرارت دهی قالب

در این مرحله قالب ‌های سرامیکی ساخته شده تا درجه حرات 900 الی 1100 درجه سلسیوس گرم می ‌شوند. این گرمایش باعث می شود قالب ها از هرگونه رطوبت و باقی ‌مانده‌های موم، پاک سازی شوند.

مزیت انجام این مرحله این است که می ‌توان از همین قالب‌ های گرم برای ریخته ‌گری استفاده کرد. با این کار مدت زمان انجماد مذاب افزایش پیدا می کند که در نتیجه آن، دقت ابعادی بیشتر می شود و خواص مکانیکی بهبود پیدا می کند.

مرحله هشتم: بارریزی

در این مرحله بر اساس مشخصات قالب و ابعاد آن می ‌توان از روش‌ های مختلفی برای ذوب ریزی استفاده کرد. در واقع این روش ها هستند که انواع حالت های مختلف ریخته گری دقیق را پدید می آورند. متداول ترین روش های ذوب ریزی عبارتند از: ریخته‌گری در خلأ، ریختن مذاب به کمک فشار، ریخته ‌گری گریز از مرکز و یا ریختن مذاب به کمک گرانش.

ذوب ریزی در ریخته گری دقیق

مرحله نهم: جدایش قطعه نهایی

برای جدا کردن قطعه ریخته ‌گری دقیق می توان پوسته سرامیکی را به کمک چکش‌ و یا لرزش جدا کرد. راهگاه هم پس از جدایش قطعه مجددا بازیافت می شود و مورد استفاده قرار می ‌گیرد. معمولا در آخر محصول ریخته ‌گری شده با تراش یا سنگ زنی تمیزتر می ‌شود.

مراحل ریخته گری دقیق

توجه داشته باشید که این روش، به دو صورت کلی مستقیم و غیرمستقیم قابل اجرا است. در صورتی که قطعه به صورت غیرمستقیم تولید شود، هر 9 مرحله باید اجرا شود و در صورتی که از روش مستقیم استفاده شود، به طور مستقیم از مدل های مومی استفاده می شود و ساخت قالب نسوز و موم زدایی را نخواهیم داشت.

ریخته گری دقیق به چه صورت هایی انجام می شود؟

امروزه ریخته گری دقیق به یک مفهوم کلی در صنعت تبدیل شده است. از این رو ممکن است روش های مختلفی را برای آن مشاهده کنید. هر پژوهشگر و صنعتگری ممکن است بسته به نیاز خود با تغییر در پارامترهای این روش، روشی منحصر به فرد ابداع کند. اما در این بخش به مهم ترین این روش ها که کاملا شناخته شده است، اشاره می کنیم.

ریخته گری فشاری در خلأ (VPC)

این روش ریخته گری که به نام بارریزی مستقیم به کمک خلأ نیز شناخته می شود، از فشار گاز و خلأ برای بهبود بارریزی و به حداقل رساندن تخلخل در قطعات استفاده می کند. ماشین های معمول VPC یک محفظه بالایی و پایینی دارند. محفظه بالایی محل قرارگیری مذاب است و در محفظه پایینی قالب ریخته گری دقیق وجود دارد.

این دو محفظه از طریق یک مجرا با قابلیت قطع و وصل شدن به یکدیگر متصل اند. همزمان با اعمال فشار در محفظه بالایی، در محفظه پایین خلأ ایجاد می شود و مجرا باز می شود. دقت و تمیزی قطعه نهایی در این روش فوق العاده بالاست. سوپرآلیاژهای پایه نیکل با این روش قابلیت تولید بالایی دارند. اگر چه این روش بیشتر برای تولید جواهرات نقره و طلا استفاده می شود.

ریخته گری جاذبه معکوس (CGC)

ممکن است در مقالات مختلف نام Counter Gravity Casting را دیده باشید. این روش ریخته گری، بسیار متداول است و به روش های مختلفی اجرا می شود که مطرح ترین آن، فرایند Hitchiner است.

در این تکنیک، قالب ریخته گری یک مجرا دارد که وارد مذاب می شود. خلأ موجود، مذاب را به حفرات موجود در قالب می کشد. زمانی که بخش های مهم قطعه منجمد شد، خلأ برداشته می شود و بخش های اضافی قطعه از قالب خارج می شوند.

ریخته گری جاذبه معکوس (CGC)

در این روش فلز مذاب خالی از هرگونه سرباره است. قابلیت ریخته گری فلزاتی با چگالی پایین با بهترین بازده وجود دارد. همچنین قابلیت کار در دمای پایین، باعث می شود دانه بندی مطلوبی را در روش CGC مشاهده کنیم.

ریخته گری دقیق پوسته ای

در این روش برای پوشش دهی مدل درختچه ای، آن را در معرض باران ذرات ماسه نسوز قرار می دهند. پس از این عملیات، یک لایه نازک در سطح تشکیل می گردد. امروزه برای تولید قطعات فولادهای ساده کربنی، فولادهای آلیاژی، فولادهای زنگ نزن، آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت و دیگر آلیاژهایی با نقطه ذوب بالای 100 درجه سانتیگراد، این روش کاربرد زیادی دارد.

ریخته گری دقیق سدیم سیلیکات

این روش ریخته گری که با نام واترگلس (Water glass) نیز مشهور است، رایج‌ ترین روش ریخته گری دقیق در چین به شمار می رود. در این روش از واترگلس یا چسب سدیم سیلیکات برای ادغام پوستۀ سرامیکی و مدل استفاده می شود. از روش واترگلس اغلب برای ریخته گری فولاد استفاده می شود.​

ریخته گری دقیق سیلیکا سُل

در این روش از ترکیب «سیلیکا سُل زیرکون» به عنوان قالب استفاده می شود. این ترکیب بسیار گران قیمت است اما قطعاتی بسیار دقیق را به ارمغان می آورد. این روش تمیزترین سطح و کمترین عیوب داخلی را رقم می زند. از ریخته گری دقیق سیلیکا سل برای فولاد ضد زنگ استفاده می شود. در چین، حدود 25 درصد کارخانجات از روش ریخته گری دقیق سیلیکا سل استفاده می ‌کنند.​

ریخته گری دقیق، بهترین گزینه برای ریخته گری سوپرآلیاژها

سوپرآلیاژها قابلیت کار و تحمل تنش در دماهای بالا را دارند. این آلیاژها به سه گروه پایه نیکلی، پایه کبالت و پایه آهن تقسیم می‌ شوند که ۸۵ درصد آنها را سوپرآلیاژهای پایه نیکل تشکیل می‌ دهند.

ریخته ‌گری سوپرآلیاژهای نیکل باید دارای خصوصیات منحصربه فردی باشد. این موضوع به دلیل ویژگی های خاصی است که سوپرآلیاژها دارند:

  • به دلیل وجود عناصر فعال، ذوب و ریخته ‌گری آن ها حتما باید در خلأ انجام شود.
  • این آلیاژها قابلیت ذوب و ریخته‌گری مجدد را ندارند، برای همین ریخته گری آن ها بسیار حساس است.
  • پیش بینی رفتار انجمادی آن ها دشوار است.
  • ماشین کاری و سنگ زنی سوپر آلیاژها تقریبا غیر ممکن است و ریخته‌گری دقیق باید قطعه ای عالی را تولید کند.
  • قیمت مواد اولیه (شمش) و تجهیزات ریخته‌گری این سوپرآلیاژها بسیار گران است.

ریخته گری دقیق، بهترین گزینه برای ریخته گری سوپرآلیاژها است.

به علت وجود شرایط خاص، استفاده از روش‌های انجماد جهت دار و رشد تک بلور امکان پذیر نیست و توجیه اقتصادی کمی دارد. از این رو ریخته گری دقیق بهترین پیشنهاد برای تولید قطعات سوپرآلیاژی است. هرچه ساختار نهایی در این روش ریزدانه تر باشد و یوتکتیک غیر پیوسته تر توزیع شود، حساسیت آلیاژ به ترک گرم کاهش یافته و قطعه تولیدی کیفیت بالاتری خواهد داشت.

مواد نسوزی که برای شکل دهی قالب استفاده می شوند …

مواد نسوز متداول که برای شکل دهی پوسته و قالب در ریخته‌گری دقیق به کار می روند، می توانند اط جنس سیلیس (SiO2)، زیرکن (ZrO2)، ترکیبات سیلیکاتی مختلف یا آلومنیا (Al2O3) باشند. در این بین از زیرکن بیشتر در پوشش اولیه استفاده می‌ شود، چرا که عنصر زیرکونیم واکنش پذیری کمتری با فلز مذاب دارد.

زیرکن در مقایسه با سیلیس کیفیت بهتری را در سطح قطعه ايجاد می کند. همچنین در دماهای بالا پايدارتر است و نسبت به خوردگی توسط مذاب مقاوم است. آلومينا به دليل مقاومت كم در برابر شوک حرارتی كمتر مورد استفاده قرار می گیرد و بیشتر برای کاربردهای معمولی به کار می رود.

11
دقیــقه مطالعه

با انواع جرم نسوز بیشتر آشنا شوید

انواع جرم نسوز ( خاک نسوز )  که از  آن ها به عنوان جرم‌های کوره هم یاد...

مزایای ریخته گری دقیق

  • توليد انبوه قطعات با اشكال پيچيده و دقت ابعادی بالا
  • تکرار پذیری توليد قطعات با دقت ابعادی و صافی سطح يكنواخت
  • قابلیت استفاده برای تمامی فلزات و آلياژهای ريختگی
  • کاهش عملیات ماشین کاری و تمام کاری به دلیل دقت بالای ریخته گری
  • امكان توليد قطعات با خصوصیات متالورژيكی مناسب
  • قالبت تطابق برای ذوب و ريخته گری قطعات در خلأ
  • عدم وجود خط جدايش در قطعات

معایب ریخته گری دقیق

  • محدودیت در ابعاد و وزن قطعات توليدی (عموما قطعات با وزن كمتر از ۵ كيلوگرم)
  • هزينه بالای تجهيزات و ابزارها در مقایسه با روش های دیگر ریخته گری
  • دشوار بودن تولید قطعاتی که هسته دارند
  • حفرات باید کمتر از 1.16 اینچ باشند و نمی توانند عمقی بیشتر از 1.5 برابر قطر محصول داشته باشند.
  • نیاز به فرایند آماده سازی طولانی مدت قالب و پوسته ها

از روش ریخته گری دقیق در چه مواردی می توان استفاده کرد؟

کاربردهای این روش به قدری گسترده است که نمی توان در چند مورد محدود آن را خلاصه کرد. امروزه این روش به فرایندی تضمین شده‌ برای دست ‌یابی به قطعاتی مشابه یا نزدیک به طرح اصلی و با تلورانس بالا تبدیل شده است. ریخته‌ گری دقیق قادر است با استفاده از قالب‌ های هندسی با ظرافت بالا، برای متقاضیان خود در کاربردهای مختلف از تجهیزات نظامی و هوافضا گرفته تا پزشکی و دندان‌ پزشکی، کیفیت بالایی را به ارمغان آورد.

در هنگام ریخته گری قطعه به روش دقیق، به نکات زیر توجه کنید …

باید توجه داشت که اگر ضخامت جدارۀ قطعۀ ریخته گری زیاد از حد باشد، سبب افزایش نرخ آب رفتگی ابعاد می شود. از طرفی اگر ضخامت دیواره نازک باشد، نتیجه خلاف آن خواهد بود.

  • پارامتر مهم دیگر فشار ذوب ریزی است. اگر میزان فشار ذوب ریزی زیاد باشد، میزان آب رفتگی کمتر خواهد بود.
  • هر چه دمای مذاب جاری ‌شده بالاتر باشد، نرخ آب رفتگی بیشتر خواهد بود. اگر دمای ریخته گری پایین باشد، میزان آب رفتگی کمتر خواهد بود، بنابراین دما باید در حالت بهینه باشد.​
  • برای کاهش میزان انقباض و آب رفتگی قطعات، پیشنهاد می شود مقدار کربن در مواد ریخته‌گری دقیق کمتر باشد.

راه اندازی استارت آپ با ریخته گری دقیق

برآورد هزینه های اولیه، یکی از مهم ترین مواردی است که بسیاری افراد پیش از شروع یک بیزنس به آن توجه می کنند. آگاهی از هزینه های کار، می تواند قدم بسیار مهمی در تدوین طرح توجیهی برای احداث کارگاه باشد. در صورتی که قصد راه اندازی کارگاه ریخته گری و تولید قطعات به این روش را دارید، به موارد زیر توجه کنید:

هزینه ساخت قالب فلزی

سرمایه ای که برای تهیه قالب فلزی باید اختصاص دهید، بخش مهمی از هزینه ها را تشکیل می دهند. فراموش نکنید که اگر تعداد سفارشاتی که می گیرید اندک باشد، روش دقیق ممکن است در مقایسه با بقیه روش ‌های ریخته گری برای شما گران تر تمام شود و ضررده باشد!

برای آن دسته از کاربردها، روش SLA یا الگوهای چاپی ممکن است یک جایگزین بسیار مقرون‌ به ‌صرفه باشد، حتی فقط برای تولید یک قطعه.​ اگر تعداد سفارش هایتان بالا باشد، هزینه قالب فلزی نیز می تواند مقرون به صرفه باشد.

11
دقیــقه مطالعه

تکنولوژی های پرینت سه بعدی: مقایسه سه تکنولوژی SLA، FDM و SLS

ساخت افزایشی توانسته است که هزینه‌ها را کاهش دهد، در زمان صرفه‌جویی کند و محدودی...

هزینه تعمیرات قالب

این مورد یکی از نکات کلیدی برای تعیین میزان هزینه ها است. معمولا قالب های فلزی ریخته گری دقیق شامل یک دستگاه با ظرافت و قالب مونتاژ تزریق آلومینیوم می ‌شود. این قالب ها پس از مدتی ممکن است مستهلک شوند و نیاز به تعمیر داشته باشند که این هزینه ‌ها ناچیز نیستند!

محدودیت‌ ابعادی در تولید قطعات

در مقایسه با ریخته گری ماسه ای، روش دقیق فقط برای قطعات کوچک و هندسه پیچیده امکان پذیر است. در حالی که ممکن است امکان ساخت قطعات ریخته گری در اندازه‌ های مختلف در دیگر روش های ریخته گری وجود داشته باشد. حتما به این نکته توجه کنید!

محدودیت در استفاده از ماهیچه

ریخته گری دقیق انتخابی عالی برای محصولاتی با جداره نازک است. اما قسمت‌ های درونی بسیار کوچکی که از ماهیچه استفاده می‌ کنند، می‌ توانند فرآیند را با چالش‌ هایی همراه سازند. اگر قصد استفاده از ماهیچه را دارید، بررسی کنید که آیا این کار شدنی است یا خیر.

زمان بر بودن فرایند تولید

فرآیند ریخته گری دقیق فرآیندی چند مرحله ‌ای و زمان بر است. این روش وقت بسیار بیشتری نسبت به دیگر روش‌ های ریخته گری می‌ گیرد. اما توجه داشته باشید که به دلیل کاهش عملیات ماشین کاری و تمام کاری، می توان در زمان و هزینه تمام شده، صرفه جویی کرد.

استارتاپ ریخته گری دقیق

جمع بندی

جدای از تمامی مزایا و محدودیت هایی که روش ریخته گری دقیق دارد، کاربردهایی دارد که انسان را به سمت این روش سوق می دهد. همواره نیاز به تولید محصولاتی با هندسه در صنعت و زندگی روزمره وجود دارد که استفاده از این روش را توجیه پذیر می کند.

این روش انعطاف پذیری زیادی دارد. در ضمن، امتحان خود را در تولید قطعاتی با خواص متالورژیکی بی نظیر و دقت ابعادی بالا پس داده است.  از این رو پیش بینی می شود استفاده از آن در سال های آینده بیشتر و بیشتر شود.

آیا مقاله برای شما مفید بود ؟
5/
3.8
0 نظر ثبت شده
پسورد فایل ها www.iran-mavad.com
دانلود کتابچه ریخته گری دقیق
1MBq PDF

مطالب مرتبط

دیدگاه کاربران