براساس گزارش انجمن ریخته‌گران آمریکا (AFS) حدود ۹۰ درصد قطعات ریخته‌گری در آمریکا با این روش ساخته می‌شود. با این وجود، کیفیت قطعات تولیدی توسط این روش مستلزم رعایت قواعد علمی همراه با تجربه کاری بالا می‌باشد.
مزیت‌های اصلی این نوع ریخته گری:
- سریع و کم دردسر
- هزینه مقرون به صرفه با توجه به کاهش ابزارها
ریخته گری ماسه‌ای را تا چه حد می‌شناسیم؟
در بین ریخته گری ها ، ریخته گری ماسه ای، یکی از متداول‌ترین فرآیندهای ساخت قطعات فلزی است به گونه‌ای که امکان تولید قطعات با پیچیدگی‌های هندسی، اندازه‌های متنوع و کیفیت مطلوب امکان‌پذیر می‌باشد. بنابر یک تعریف ساده، ریخته‌گری ماسه‌ای نوعی فرآیند ریخته‌گری است که از قالب‌های ماسه‌ای در تولید فلزات استفاده می‌گردد. انجمن فلزات آمریکا (ASM) براساس چگونگی چسبانیدن ماسه در تولید قالب‌ها، این روش را به سه دسته فرآیندهای مبتنی بر قالب‌های ساخته‌شده با کمک چسب رزین (فرآیندهای پوسته‌ای، جعبه گرم، جعبه سرد و…)، قالب‌های ساخته شده با کمک چسب‌های غیرآلی(ریخته‌گری ماسه‌ای خام، ریخته‌گری ماسه‌ای خشک و …) و قالب‌های ساخته شده بدون استفاده از چسب (ریخته‌گری لاست فوم، ریخته‌گری تحت خلاء و…) تقسیم کرده است. علی رغم اختلافات مذکور در روش‌های فوق، کلیت مراحل ساخت در همه آن‌ها یکسان است.
ریخته گری ماسه‌ای
این نوع ریخته گری در قالب‌های ماسه‌ای از قدمت بالایی برخوردار است. به گفته تاریخ نویسان این صنعت کهن در چین باستان ظهور کرد و در جنگ‌های جهانی اول و دوم به اوج شکوفایی خود رسید.ضرورت افزایش سرعت تولید قطعات فلزی و مقرون به صرفه بودن ساخت آن‌ها سبب کاربرد گسترده ریخته‌گری ماسه‌ای در صنایع تولیدی دنیا شده است به گونه‌ای که براساس گزارش انجمن ریخته‌گران آمریکا (AFS) حدود ۹۰ درصد قطعات ریخته‌گری در آمریکا با این روش ساخته می‌شود. با این وجود، کیفیت قطعات تولیدی توسط این روش مستلزم رعایت قوائد علمی همراه با تجربه کاری بالا می‌باشد. یافتن مراکز تولیدی در ایران که همزمان دو ویژگی مذکور را دارا باشند، کاری نسبتاً دشوار است. گروه متالکست به شما در یافتن این مراکز یاری می‌رساند. هدف از این مقاله، معرفی ریخته‌گری ماسه‌ای به عنوان یکی از روش‌های تولید قطعات فلزی می‌باشد.
طراحی و ساخت مدل در ریخته گری ماسه ای
دراین مرحله، یک نمونه از جنس فلز، چوب، پلاستیک و یا کامپوزیت با هندسه و ابعاد قطعه هدف طراحی و ساخته می‌شود. هدف از ساخت مدل ایجاد حفره در جعبه ماهیچه با ابعاد و هندسه قطعه نهایی می‌باشد. انتخاب نوع مدل‌های مورد استفاده به متغیرهای گوناگون از جمله دفعات ریخته‌گری، اندازه و ابعاد قطعه، فرآیند ریخته‌گری و دقت ابعادی مد نظر بستگی دارد.
ساخت و آماده‌سازی در ریخته گری ماسه ای
اجزاء سازنده و روش آماده‌سازی ماسه بسته به نوع فرآیند ریخته‌گری متغیر است. به عنوان مثال اجزاء تشکیل دهنده ماسه در ریخته‌گری ماسه‌ای خام عبارت است از آب، ماسه سیلیکایی، خاک رس و مواد کربنی. تعیین نسبت هر جزء در سیستم ماسه وابسته به شرایط حاکم بر فرآیند ریخته‌گری می‌باشد. همچنین کنترل کیفیت سیستم ماسه قبل از ساخت قالب از اهمیت بالایی برخوردار است.
آماده‌سازی قالب در ریخته گری ماسه ای
در این مرحله قالب و اجزاء آن ساخته شده و آماده ذوب‌ریزی می‌شود. ساختمان کلی یک قالب ریخته‌گری ماسه‌ای به همراه اجزاء تشکیل دهنده آن در شکل ۳ نمایش داده شده است. لازم به ذکر است عدم توجه به رعایت اصول و نکات مهم در این مرحله منجر به افت کیفیت قطعه نهایی و یا انهدام قالب در حین ذوب‌ریزی می‌گردد.
تهیه مذاب و ذوب‌ریزی در ریخته گری ماسه ای
ذوب فلزات و چگونگی انتقال مذاب به قالب نقشی اساسی در کیفیت قطعات ریختگی ایفا می‌کند. همگن سازی دمای مذاب و حفظ ترکیب شیمیایی آن دو نکته اساسی در تهیه ذوب می‌باشد و روش حصول یک ذوب با دو ویژگی مذکور بسته به جنس ماده متفاوت است. همچنین ذوب‌ریزی در ریخته‌گری ماسه‌ای نیازمند دقت و تجربه کاری بالا در این زمینه می‌باشد. از جمله متغیرهای موثر در ذوب ریزی می‌توان به سرعت ریختن و سیالیت مذاب اشاره کرد.
پرداخت نهایی و کنترل کیفیت: پس از انجماد قطعه در قالب، به روش‌های متنوع قطعه از قالب جدا شده و اضافات قالب برای فرآیندهای بعدی استفاده می‌گردد. اضافات ریختگی همانند سیستم راهگاهی نیز از قطعه جدا می‌شود. در این مرحله کیفیت قطعه تولیدی از سه جنبه کیفیت سطحی، کیفیت ابعادی و پیوستگی داخلی توسط روش‌هایی همچون تست‌های غیر مخرب (رادیوگرافی،آلتراسونیک و …)، ارزیابی چشمی، گیج‌های دستی یا اتوماتیک و… ارزیابی می‌گردد. پس از تایید کیفیت ، قطعه تحت عملیات ماشینکاری و پرداخت نهایی قرار می‌گیرد.
۱۰ نکته طلایی در ریخته گری ماسه ای !
همانطور که در قسمت قبل ذکر شد، ساخت قطعات به روش ریخته گری ماسه ای مستلزم رعایت اصولی جزئی و مهم در هر مرحله از تولید می‌باشد به گونه‌ای که کیفیت قطعه نهایی تضمین گردد. از جمله نکاتی که هر تولید کننده بایستی در خصوص این فرآیند بداند عبارت است از:
۱. در طراحی و ساخت مدل به نکاتی همچون تغییرات ابعادی مذاب در حین انجماد، گازهای آزاد شده در اثر سوختن مدل و واکنش آن با ماسه و طراحی صحیح و اصولی اجزاء قالب از جمله سیستم راهگاهی، تغذیه و… توجه گردد. لازم به ذکر است جایگاه تغذیه در قالب و همچنین ابعاد آن تعیین کننده میزان تخلخل در قطعه نهایی می‌باشد.
۲. در طراحی اجزاء قالب به سیالیت مذاب توجه اکید گردد.
۳. رفتار انجمادی فلز مد نظر به درستی شناخته شده و اجزا قالب و سیستم ماسه متناسب با آن طراحی گردد. به عنوان مثال نوع سیستم ماسه تعیین کننده چگونگی هدایت حرارتی قالب از مذاب به خارج از قالب است.
۴. کیفیت سیستم ماسه به دقت کنترل شده و در تهیه آن به استانداردهای مربوطه توجه شود.
۵. در تهیه قالب، میزان فشرده سازی ماسه کنترل شده و ماسه در همه نقاط قالب همگن توزیع گردد.
۶. رطوبت ماسه در قالب‌ها تنظیم گردد به گونه‌ای که از استحکام دیواره‌های قالب اطمینان حاصل گردد.
۷. قالب نهایی قبل از ذوب ریزی حتما پیشگرم گردد. این فرآیند می‌تواند با قراردهی قالب در کوره و یا توسط پختن قالب با مشعل انجام گردد.
۸. در تعبیه هواکش باید تعداد و قطر هر یک به درستی تعیین گردد تا خروج گازها و بخارات به سهولت انجام گیرد.
۹. روش ذوب فلز و مذاب ریزی بایستی متناسب با جنس آن انتخاب گردد. به عنوان نمونه ذوب و مذاب ریزی برخی فولادهای زنگ نزن و اکثر فلزات غیرآهنی بایستی در اتمسفر محافظ و فشار کنترل شده انجام گیرد.
۱۰. از آنجایی که خواص مهندسی محصول بسیار متاثر از کمیت و کیفیت عیوب موجود در آن است، میزان، شکل و توزیع مک و تخلخل در قطعات ریختگی بایستی بررسی شده و با استانداردهای مربوطه مقایسه گردد.
مزایا و معایب ریخته گری ماسه‌ای!
مزایا
علی‌رغم ظهور روش‌های نوین، ریخته گری ماسه ای با داشتن مزایای زیر هنوز به عنوان روشی متداول جهت ساخت قطعات مهندسی در جوامع صنعتی شناخته می‌شود:
- مقرون به صرفه بودن تولید قطعات در مقیاس‌های کلان نسبت به سایر روش‌های نوین.
- سادگی تجهیزات و مواد اولیه مورد نیاز جهت ساخت قطعات.
- سرعت بالا در تولید قطعات به خصوص در خطوط نیمه اتوماتیک.
- ارزان تمام شدن ساخت قالب‌ها.
- امکان تولید قطعات بزرگ با پیچیدگی بالا.
معایب
- ساخت قطعات با دقت ابعادی نه چندان بالا.
- نیاز به عملیات ماشینکاری جهت حصول قطعه با ابعاد نهایی و کیفیت سطحی مطلوب.
- هدررفت ماده و انرژی در این روش بالا است.
- ریخته‌گری بعضی فلزات توسط این روش توجیه اقتصادی ندارد.
- حصول قطعات با کیفیت مطلوب مستلزم وجود منابع انسانی با تجربه بالا است.
- آزادسازی گازهای سمی و مصرف بالای انرژی به محیط زیست آسیب می‌رساند.