ریخته گری ثقلی (Gravity casting)

ریخته‌گری فرآیندی است که از دیرباز جایگاه ویژه‌ای در بین روش‌های تولید داشته است. ریخته‌گری را می‌توان فن شکل دادن فلزات و آلیاژها از طریق ذوب، ریختن مواد مذاب در محفظه‌ای به نام قالب و سرد کردن و انجماد آن مطابق شکل محفظه دانست. روش‌های متعددی در زیرمجموعه فرآیند ریخته‌گری وجود دارند.

ریخته ­گری ثقلی (ریژه) (به انگلیسی Gravity casting) که عنوان آن کاملا نشان‌دهنده‌ی حضور نیرو جاذبه در این فرآیند است جزو زیردسته ریخته‌گری دایکست است. به‌طور کلی در این فرآیند فلز در حالت مذاب به داخل قالب ریخته شده و پس از انجماد از آن خارج می‌شود. ریخته­‌گری دایکست در دو حالت ریخته‌گری تحت فشار و ریخته‌گری ثقلی انجام می‌شود. در ریخته گری دایکست تحت فشار pressure die casting، فلز مذاب، تحت‌ فشار خارجی به داخل قالب تزریق می‌شود. این در حالی‌ است که در ریخته گری ثقلی Gravity die casting، مواد مذاب توسط نیرو گرانشی به درون قالب جریان پیدا می‌کند. در ادامه به توضیح و بررسی فرآیند ریخته‌گری ریژه پرداخته خواهد شد.

ریخته­ گری ثقلی چیست؟

ریخته ­گری ثقلی یا Gravity casting یکی از رایج­ ترین فرآیندهای ریخته­ گری است. در این فرآیند فلز در حالت مذاب به کمک پاتیل و یا مخزن به‌داخل حفره‌ی قالب ریخته می­شود. سوراخ حفره در سطح بالایی قالب قرار گرفته است، به این علت که هیچ نیرویی جز نیرو جاذبه در پر کردن حفره قالب دخیل نباشد. می‌توان از ریخته‌گری ریژه برای تولید قطعات مختلف مانند چرخ­دنده و قرقره­‌های ساده و اجزاء پیچیده همانند موتورهای خودرو استفاده کرد.

ریخته ­گری ثقلی به چه صورت انجام می­شود؟

ریخته ­گری ثقلی شامل چندین مرحله اصلی می‌شود که اصول اجرای این فرآیند به شرح زیر است:

• در ابتدا دو نیمه‌ی قالب حرارت داده شده و قبل این‌که دو نیمه به‌هم متصل شوند پوشش بر روی سطح آن­ها اسپری می‌‌­شود.

روغن­‌کاری و پاشش پوشش بر روی سطح قالب به‌منظور جلوگیری از انجماد زودرس و کمک به جدایش آسان قطعه ریختگی پس از انجماد از قالب است.

• سپس فلز مورد‌نظر را در کوره ذوب کرده و به‌کمک پاتیل به‌درون حفره‌ی قالب ریخته می­‌شود که تحت نیرو جاذبه، حفره از مواد مذاب پر می‌­گردد.

• انجماد سریع فلز در قالب رخ می‌­دهد.
• دو نیمه‌ی قالب بعد از انجماد فلز باز شده و قطعه از آن خارج می‌گردد و تمیزکاری قالب برای استفاده‌ی بعدی آن انجام می­‌شود.
• در نهایت در صورت لزوم ماشین­کاری بر روی قطعه، ریختگی انجام می­شود.
• لازم به ذکر است که در طول ریخته­‌گری ثقلی، سرعت جریان مواد به داخل حفره قالب و سرعت انتقال حرارتی در طول انجماد باید کنترل شود.

قالب مورد‌استفاده در این فرآیند می­تواند هم قالب ماسه‌ای باشد و هم قالب دائمی که به فرآیند ریخته­ گری در قالب ریژه (فلزی) نیز شناخته می‌­شود.

انواع مواد قالب ریخته­ گری ثقلی

مواد قالب ریخته­‌گری ریژه دائمی از آلیاژهای مختلفی مانند آلومینیم، روی، منیزیم و مس تشکیل شده است. هر نوع فلزی مزایا و معایب خاص خود را دارد و با توجه به کاربرد انتخاب می­شوند. به‌عنوان مثال، آلومینیم دارای نقطه ذوب بالایی است که استفاده از آن را برای کاربرد دمای بالا مطلوب می­کند. از طرف دیگر، «روی» فلزی انعطاف­ پذیر است و به‌راحتی می­توان آن را به اشکال پیچیده تبدیل کرد.

همان‌طورکه در قسمت بالا ذکر شد هر یک از مواد با توجه به کاربرد انتخاب می­شوند که در ادامه به توضیح مختصری از ویژگی­ های هر کدام از آن­ها اشاره شده است.

آلیاژهای آلومینیم نقطه‌ذوب بالایی دارند و در برابر خوردگی از مقاومت مطلوبی برخوردار هستند. همچنین دارای رسانایی حرارتی و الکتریکی خوبی بوده و آن­ها را برای طیف وسیعی از کاربردها مناسب می ­کند.

آلیاژهای روی شکل ­پذیری بسیار خوبی دارند و به‌آسانی می‌­توان آن­‌ها را به اشکال پیچیده درآورد. همچنین از مقاومت خوبی در برابر خوردگی برخوردار هستند و در مقایسه با سایر فلزات، نسبتا کم‌هزینه هستند.

آلیاژهای منیزیم دارای نسبت استحکام به وزن خوبی‌اند، در نتیجه سبک‌وزن بوده و می‌توانند در کاربردهایی استفاده شوند که به اجزاء با وزن سبک موردنیاز است.

در نهایت، آلیاژهای مس رسانایی حرارتی و الکتریکی خوبی دارند و در برابر خوردگی مقاوم هستند.

انواع ریخته ­گری ثقلی

قطعات تولیدی با استفاده از فرآیند ریخته­‌گری ثقلی با توجه به تجهیزات به‌کاررفته می‌تواند به سه روش زیر تفکیک یابند:

1. دستی
2. نیمه اتوماتیک
3. اتوماتیک

دستی

در این روش تمامی مراحل از ذوب ­ریزی تا مرحله­ ی خروج قطعه از قالب به‌صورت دستی و بدون استفاده از دستگاه انجام می­شود. از آن‌جایی‌که تمامی مراحل به‌صورت دستی بوده، لذا سرعت تولید پایین است و برای تولید انبوه مناسب نیست.

نیمه اتوماتیک

در این روش جهت بالابردن سرعت تولید، برای باز و بسته کردن قالب از سیستم هیدرولیکی استفاده می­شود و تنها خروج قطعه از قالب توسط نیروی انسانی انجام می‌شود.

اتوماتیک

در این روش تمامی مراحل به‌صورت خودکار و توسط دستگاه انجام می ­شود.

پیشنهاد می‌کنیم: 

8

دقیــقه مطالعه

ریخته گری آلیاژهای آهنی

ریخته گری آلیاژهای آهنی   شرح یکی از رایج ترین تقسیم بندی ها در رابطه با فل...

نکات تکمیلی فرآیند ریخته ­گری ثقلی

1. بازده فرآیند بستگی به طراحی سیستم راهگاهی دارد، اما معمولا 40% تا 60% است.
2. قالب­های بزرگ که عمدتا برای آلیاژهای آلومینیم و منیزیم استفاده می­گردند، معمولا با دست، مونتاژ و جدا می­شوند. قالب­های کوچک، به‌ویژه برای ریخته ­گری آهنی به‌طور‌خودکار جدا می­شوند. طراحی قالب و فشار گیره به‌گونه­ ای است که اعوجاج حرارتی کمی وجود دارد یا اصلا وجود ندارد.
3. ریخته­‌گری آهنی کوچک به‌طور خودکار انجام می­شود تا پاتیل و قالب در طول ریختن مذاب، کنترل شوند و تلاطم به حداقل برسد.
4. نرخ تولید به‌طور قابل‌توجهی بسته به اندازه، طراحی و مواد مورداستفاده متفاوت است. نرخ معمول برای سرسیلندرهای آلومینیمی یک در هر پنج دقیقه است. اکثر ریخته‌گری‌­های آهنی در مقیاس کوچک و با طراحی ساده در صورت به‌کارگیری، به روش اتوماتیک نرخ تولید بالایی دارند.
5. در ریخته گری ثقلی ، فلز آهسته­ تر از ریخته ­گری تحت فشار وارد قالب می­شود از این رو تلاطم کمتری وجود دارد و درنتیجه قطعه‌ی ریخته ­گری متراکم ­تر خواهد بود.
6. در این روش انرژی موردنیاز در حدود نصف ریخته‌­گری ماسه­ای معمولی است. نشان داده شده که ریخته­‌گری فولادی 15 تا 20 درصد ارزان­تر از ریخته­‌گری ماسه‌ای است.
7. طراحی سیستم راهگاهی (که می­تواند در بالا، کنار و یا پایین باشد) مهم است، به این دلیل که بر تلاطم و عملکرد فلز تاثیر می­گذارد.
8. اندازه‌ی قالب باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا راهگاه و رایزر به‌خوبی در آن جای بگیرد و فاصله­‌ای در حدود 75-200 میلی‌متر از بالای قالب داشته باشد. وزن مواد بسته به مواد و طراحی متفاوت است، اما برای ریخته ­گری آهنی معمولا 4-6 کیلوگرم تا 200 کیلوگرم است.

فاکتورهای تعیین‌کننده در انتخاب مواد قالب ریخته ­گری ثقلی

هنگام انتخاب مواد قالب ریخته گری ریژه برای کاربردهای مختلف، توجه به عوامل زیر حائز اهمیت است.

اشتباهات رایج در استفاده از مواد قالب ریخته گری ثقلی

هنگام کار با مواد قالب ریخته­‌گری ریژه ، مهم است که از اشتباهات رایجی که می‌­تواند منجر به تولید محصولات بی­کیفیت شود اجتناب گردد. از مهم‌ترین این موارد می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. عدم حفظ دمای قالب: اگر قالب در دمای مناسب نگهداری نشود، می­تواند منجر به تولید محصولی بی­کیفیت گردد.
2. تمیز نکردن قالب: اگر قالب به‌طورمرتب تمیز نشود، می­تواند منجر به نقص در محصول نهایی و عمر پایین قالب گردد.
3. عدم بازرسی قالب: اگر بررسی قالب به‌طورمنظم انجام نشود و عیوب آن شناسایی نگردد در کیفیت محصول نهایی و دوام آن اثرگذار خواهد بود.
4. تست نکردن محصول: اگر محصول نهایی موردآزمایش قرار نگیرد، هنگام سرویس‌دهی مشکلات زیادی را به‌همراه خواهد داشت.

مزایای ریخته ­گری ریژه

• نیرویی به‌جز نیروی گرانشی برای پر کردن داخل حفره با مواد مذاب دخیل نیست.
• قطعات ریخته­‌گری ثقلی چگالی بهتری نسبت به قطعات ریخته­‌گری ماسه­ ای دارند.
• این فرآیند نسبت به سایر فرآیندها مانند ریخته­‌گری تحت‌خلاء و ریخته­گری فشاری هزینه کمتری دارد.
• قطعات  تخلخل کمتر و ساختار دانه بهتری نسبت به ریخته­گری ماسه­ای دارد.
• قطعات دارای خواص مکانیکی خوبی هستند که برای عملیات حرارتی عالی است.
• سطح قطعات تحت این فرآیند پرداخت سطحی بهتری نسبت به سایر قطعات ریخته­گری دارند.
• دقت ابعادی قطعات تولیدی بالا است و از ثبات ابعادی مطلوبی برخوردار هستند.
• این روش ریخته‌گری نسبت به روش‌های دیگر، نیاز به هزینه‌ی کمی دارد.
• قطعات ریخته­‌گری با ابعاد کوچک و نازک به‌آسانی قابل تولید هستند.
• قطعات تولید شده با این روش دارای کیفیت متالورژیکی بالا هستند.

معایب ریخته گری ثقلی

برخی از معایب این روش ریخته‌گری در تصویر پایین آمده است:

آیا ریخته­ گری ثقلی برای تولید انبوه مناسب است؟

زمانی که ریخته­‌گری ثقلی برای اولین‌بار ابداع شد، از این روش برای تولید قطعات ساده به ­جای قطعات پیچیده استفاده می­شد. اما با گذشت زمان و پیشرفت فناوری، اکنون تولیدکنندگان می­توانند قطعات پیچیده را با روش ریخته­‌گری ثقلی تولید کنند. با این حال، اکنون روش­های پیشرفته‌­تری نسبت به روش ریخته­ گری ریژه برای تولید قطعات خاص وجود دارد. اما از آن‌جایی‌که این روش کم­ هزینه بوده و ابزار و روش ساده­‌تری نسبت به سایر روش‌­هاست بنابراین، انتخاب ریخته‌­گری ثقلی برای تولید انبوه قطعات ساده بهتر است. پُرواضح است که تولیدکنندگان درصورتی‌که از این روش برای تولید حجم زیادی از قطعات پیچیده استفاده کنند به‌صرفه نخواهد بود. لذا، در صورت ساخت قطعات با حجم تولید کم و یا متوسط، روش ریخته­‌گری ثقلی انتخاب بهتری نسبت به سایر روش­‌های ریخته­‌گری است.

کاربرد ریخته ­گری ریژه

تولید قطعات پیچیده با استفاده از روش ریخته ­گری ثقلی به‌دلیل پیشرفت فناوری غیرممکن نیست. امروزه صنایع متعدد مانند خودروسازی، قطعات آشپزخانه و روشنایی از این فرآیند برای ساخت لوازم و قطعات مختلف استفاده می‌کنند. برخی از کاربردهای رایج ریخته­ گری ثقلی عبارتنداز:

قطعات خودرو مانند: پیستون، سرسیلندر و کالیپر ترمز

قطعات روشنایی مانند: محفظه نور LED

وسایل آشپزخانه مانند: قاشق و قابلمه.

جمع‌­بندی

ریخته گری ثقلی یکی از فرآیندهای ریخته­ گری است که مذاب تحت نیروی جاذبه و بدون حضور هیچ نیرو خارجی، محفظه قالب را پر می­کند. قالب مورداستفاده در این فرآیند می‌­تواند از نوع قالب ماسه‌­ای و یا دائمی باشد. کاملا واضح است که استفاده از قالب دائمی به‌دلیل عدم تخریب آن منجر به افزایش سرعت و کاهش زمان تولید می­‌شود. با این‌که این فرآیند با معایبی همراه است اما دارای مزایایی چون خواص مکانیکی بالا، دقت ابعادی و پرداخت سطحی بالا و هزینه‌ی کم منجر به استفاده از این روش در صنایع مختلف شده است. به‌طورکلی با رعایت نکاتی چون حفظ دمای قالب، تمیز کردن و بازرسی قالب می­‌توان قطعات با کیفیت بالا را تحت این فرآیند تولید کرد.